Verfahren und Einrichtung zur Kondensation von in Luft und andern Gasen enthaltenen DÏmpfen durch K hlung.
Die Entfeuchtung der Luft mittelst K h lung ist an sich bekannt, ebenso die Nutzbar machung der Kälte (zum Kondensieren von verdichteten Ammoniak-oder Kohlensäure dämpfen der Kältemaschinen), welche beim
Schmelzen des entstandenen Eises und beim
Erwärmen des Eiswassers frei wird.
Aber der Prozess lässt noch die Rückgewin nung derjenigen Kältemengen vermissen, wel- che der Luft beim Tiefkühlen zugeführt wur- den. Das neue Verfahren ermöglicht nun, die der Luft zugef hrte KÏlte nahezu restlos wie derzugewinnen. Um beispielsweise 1000 ms
Luft von + 20¯ bis auf 2 gr Wasserdampf gehalt pro Kubikmeter zu entfeuchten, muss man si@ von + 20¯ auf - 10¯ abk hlen, was einer Kälteleistung von 1000 X 30 X 0, 3 =
9000 Cal. entspricht.
Der dabei entzogene Wassergehalt beträgt 8 kg, deren Ausscheidung rund 5600 Cal.
Iiälteleistung einschliesslich der Gefrierkälte des entstehenden Eises erfordert ; zusammen sind also mit Berücksichtigung der Kä. lteverluste rund 16000 Cal. n¯tig.
Nae. li den bisherigen Verfahren werden davon zurückgewonnen :
1. Durch das Schmelzen des Eises 8 X 8( ) = 640 Cal. ; 2. die im Schmelzwasser enthal tene KÏlte bis + 15¯ = 120 Cal. ; 3. die im
Eis enthaltene Kiilte mit 8 X 0, 5 X 10 = 40 Cal., zusammen also nur 800 Cal. Nun könnte man zwar in einem Röhrengegenstrom-Kälte- tauscher die KÏlte der entfeuchteten Luft wieder an die abzukühlende Luft übertragen, aber in dieser Form i. st dies nicht möglich, weil sich der Gegenstromapparat sehr rascl mit Eis verstopfen w rde.
Bei dem neuen Verfahren wird die liälte des entfeuchteten Gases im Umschalt-Wech selbetrieb auf Eisenmassen von Kältespei chern übertragen und nachfolgend von dem durch die KÏltespeicher geleiteten, zu ent feuchtenden Frischgas wieder aufgenommen.
Bei der Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist vor und hinter dem Verdampfer einer Kältemaschine je ein KÏltespeicher angeordnet. Die Einrichtung kann so ausgeführt und betrieben werden, dal3 das Eis immer sofort wieder auftaut und das Wasser nach unten abtropft, eine Verstopfung durch Eis also nicht eintreten kann, wie folgende Betrachtung eines Beispiels zeigt :
Wenn in einen etwa mit Blechstreifen gef llten, zwei Meter hohen BehÏlter, dessen Inhalt vorher auf-10 gekühlt wurde, von oben feuchte Frischluft mit-+-20 eingeblasen wird, dann wird sich die Luft zunächst schon in der obern HÏlfte des Kältespcichers auf - 10¯ abk hlen und dabei die ersten Schichten von Blechstreifen auf + 20¯ erwÏrmen. WÏhrend 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 schliesslich nach unten a. b, wenn der ganze Speicherinhalt bis + 2¯ erwÏrmt ist.
Allerdings sättigt sich die nachliommende Friscli- luft dabei mit Wasserdampf, aber das ist wei- ter kein Nachteil, weil sie auch ohnedies meist schon auf 70 % bis 80 % gesättigt ist ; sie gibt ihren Wassergehalt beim Durchströmen der anschliessenden kalten Schichten des KÏltespeichers und anschliel3end an der Oberfläche des Ammoniakverdampfers ja doch wieder ab.
Der Kältespeicher erwÏrmt sich solcher- massen fortlaufend von oben nach unten und das Wasser tropft nach unten ab, gefriert zunächst an der Oberfläche der untern Blech- streifen und taut schliesslieh wieder auf. Der Kältespeicher muss dazu aber durch die. ein- geblasene Luft bis zum untern Ende erwärmt werden, da sich sonst im untern Teil im Lauè der Zeit so viel Eis ansammeln kann, dass sich die engen Zwischenrä. ume zwischen den Blechstreifen verstopfen würden. Der letzte Teil der Luft kann deshalb in den KÏltetauschern selbst berhaupt nicht mehr abgekühlt und entfeuchtet werden, und es geht daher in dieser Zeit die Entfeuchtung im Verdampfer der Kältemaschine vor sich.
Die ausgesehiedene Feuchtigkeit bleibt teilweise an den Blechstreifen haften und muss entfernt werden, ehe die getrocknete Luft auf dem R ckweg durch diesen Kälte- speicher geleitet wird, um in demselben ihre KÏlte abzugeben, da sie sonst wieder Feuch tigkeit aufnehmen, würde. Zu diesem Behufe wird dann jeweils, nach dem Erwärmen des Kältespeichers noch weiter Frischluft durch gebla. sen, bis der KÏltespeicher trocken ist.
Durch das Kondensieren des Wasserdamp- fes wird ein grosser Teil (etwa zwei Fünftel) der in den Rekuperatoren aufgespeicherten Kälte verbraucht, der dann aber auf dem Rückweg der Luft nicht mehr ersetzt wird, weil die entfeuchtete, auf-10 abgekühlte Luft nur noch ihre fühlbare Kälte an die Speicher abgeben kann, aber keine Verdamp- fungskälte mehr. Dieser Teil der Kälte wird nun von der KÏltemaschine zusÏtzlich geliefert.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 und 2 ? je ein Beispiel der vorliegenden Einrichtung zur Ausübung des neuen Verfahrens in sche matischer Da. rstellung.
Die Einrichtung nach Fig. 1 besteht aus den abwechselnd als Ammonia. kverdampfer und Kondensator wirksamen Röhren kältetau- schern a/b und bla mit den Umschaltventilen c'und c"und dem Drosselventil d, den beiden Kaltespeichern e'und c"mit den Um scha. ltventilen f'und f"und den Druckluft- zeitschaltern g' und g". Statt Druckluftzeit schalter könnten a. uch elektrische Zeitschalter angeordnet sein. Die Einrichtwy arbeitet zum Beispiel wie folgt : Das vom Kompressor kommende verdichtete Ammonia. kgas tritt bei h" in den. als Kondensator wirksamen Röh- renkälteta. uscher b a ein.
Im Kondensator verflüssigt sich das Ammoniakgas und strömt dann durch das Drosselventil d in die Rohr schlangen des Verdampfers a/b über, um oben a. us denselben wieder vom Kompressor angesaugt zu werden.
Die feuchte Frischluft tritt bei f'in den Kältespeicher e'oben ein, durchströmt diesen und kühlt sich dabei auf-10 ab, wobei sich der Wasserdampf zunächst an den Blechstreifen niederschlägt und zu Eis gefriert, das nachfolgend aber von der Frischluft wieder aufgetaut wird. Dieser Vorgang setzt sich so lange fort, bis der KÏltespeicher sich zu etwa drei Viertel seines Inhaltes auf Frischluft temperatur 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 Ammo niakverdampfer a/b statt, durch den die Luft mit Leitung l'geleitet wird. Die trockene kalte Luft zieht dann durch Leitung 2"nach dem lDältespeiGher e"ab, um in diesem ihre Kälte abzugeben und denselben bei z zu verlassen.
Nun wird umgeschaltet und die Luft tritt bei f"in den Kältespeicher e"ein, kühlt sich in diesem auf-10 ab, wird dann durch Leitung 3"nach dem Verdampfer bla, der vorher als Kondensator in Betrieb war, abgeleitet und nachgekühlt und von da durch Leitung 4"in den KÏltespeicher e' gef hrt, um bei us diesem getrocknet entnommen zu werden. Bei k', k", p' und p"wird das der Luft entzogene Wasser abgef hrt.
Das s im Verdampfer sich bildende Eis wird bei dessen nachfolgender Tätigkeit als Kondensator durch die bei der Ammoniakverflüssigung freiwerdende Warme wieder abgeschmolzen und das an den R¯hren 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 Ammoniakver- dampfer und Kondensator erfolgt nicht gleichzeitig mit dem Umschalten der Kälte- speicher, sondern etwa inmitten der Umschaltpausen, damit zum A. bk hlen des vorher als Kondensator beniitzten Verdampfers und zum Gefrieren der anhaftenden Feuchtigkeit Zeit verbleibt.
Verdampfer und Kondensator enthalten deshalb ebenfalls eine genügend grosse, die R¯hren bildende Eisenmasse als Nus gleichsspeicher. Mit dieser Ausführungsart des Verfahrens wird die der Luft zugeführte Kälte zu 915 % wieder zurückgewonnen, so dass nach dem angeführten Beispiel auf je 1000 cm 3 getrockneter Luft noch ein Kälte- aufwand von etwa 7000 Cal., einschliesslich der Verluste, verbleibt, entsprechend rund 2 PS. e. h. für das Ausscheiden von 8 Liter Wasser, wobei berücksichtigt ist, dass auch die beim Schmelzen des Eises und bei der ErwÏrmung des Eiswassers gewonnene KÏlte den Kraftbedarf mindert.
Ein Vergleich mit der relativen Entfeuchtung der Luft durch deren Erhitzung in der Anwendung für eine Trockenanlage zeigt folgendes Ergebnis :
Die Luft enthält in gesättigtem Zustande bei + 20¯ 17 gr Wasserdampf pro Kubik- meter. (Im Jahresdurchschnitt jedoch nur 10 gr.) Wenn sie weitere 15 gr aufnehmen soll, so muB sie mit + 35¯ abziehen und auf ")-65 erhitzt werden, also um 45 , was eine Wärmezufuhr von 13 Cal. pro Kubikmeter oder 13000 Cal.
für 1000 m'erfordert. Es mu¯ sodann aber auch das zu trocknende Gut cinschlieBlich dessen Wassergehalt auf durchschnittlich 65-35/2 = 50¯ erwÏrmt werden, was bei einer Entziehung von 50 % des Feuch- tigkeitsgehaltes rund 1000 Cal. Wärme absorbiert. Die Verluste sind mit 3600 Cal. einzusetzen. Dies gibt zusammen 17600 Cal. gegen ber 2 PS. e. h. bei dem Beispiel des neuen Verfahrens, oder 8800 Cal. p. PS. e. h., während zur Erzeugung einer PS. e. h. höchstens 5000 Cal. verbraucht werden.
Die durch Kühlung entfeuchtete Luft erfährt naturgemϯ ebenfalls eine Abkühlung bei der Wasserdampfaufnahme, wenn sie zu Trocknungszweeken benützt wird, und zwar um etwa 15 , und die Wasseraufnahme würde dabei um die Hälfte sinken.
Das ka. nn aber hier ohne Betriebskosteu dadurch vermieden werden, dass in dem Raume, der das s zu trocknende Gut enthält, von Wasser oder Luft durchflossene R¯hrensysteme angeordnet werden, an clenen sich die Trookenluft fortlaufend wieder in dem Masse erwärmen kann, als sie durch Wasserauf- nahme Wärme verliert. Da dieses Heizmittel nur mit der natürlichen Wärme zugeführt wird, ist dabei kein künstlicher Wärmeauf- wand n¯tig. Im Sommer wird man dazu zweckmϯig Luft ben tzen. im Winter Was- ser.
Die Trocknung der Luft mittelst K hlung nach dem neuen Verfahren ist somit auch bei der Verwendung der entfeuchteten Luft f r Trockenzwecke viel wirtschaftlicher als deren Trocknung durch Erhitzung, bietet aber noch sonstige Vorteile, insbesondere da, wo das s Trockengut nicht warm werden darf, sondern gekühlt werden soll. Diese Kühlung entsteht dann ganz von selbst durch die Wasseraufnahme der Luft beim Trockenproze¯, und zwar bei Bedarf bis zum Gefrierpunkt.
Diese Art der KÏlteerzeugung ist in allen den FÏllen die wirtschaftlichste, wo, wie bei Lebens- und Genussmitteln etc., neben der Kühlung auch eine Trocknung verlangt wird. Die so getrocknete Luft kann verlustlos überall hingeleitet werden, weil si. e bei der gleichen Temperatur wie die Atmosphäre keine Wärme verliert. Besonders die Kühlung von Räumen in warmer Jahreszeit f r den Aufenthalt von Personen, vornehmlich in südlichen Gegenden, kann mit dem neuen Verfahren sehr er leichtert und verbilligt werden, weil die Fortleitung keine Kälteverluste und keine Isolie- rung bedingt.
Daneben ist aber eine wirtschaftliche Luftentfeuchtung für den Hochofenbetrieb und für chemische, metallurgische und wÏrmetechnische Bed rfnisse von grosser Pe deutung.
Die Fig. 2 zeigt eine Einrichtung, die nach einer verbesserten Ausführungsform des Verfahrens arbeitet. Bei dem Ausführungs- beispiel nach dieser Figur wird der Verdampfer nicht wie bei der Anordnung nach Fig. 1 mit Umschalt-Wechselbetrieb vorübergehend als Ammoniakkondensator verwendet, sondern das Eis, das sich an den Verdampferröhren ansetzt, wird anstatt durch Umsehaltung auf Kondensatorbetrieb durch Berieselung des Verdampfers mit Sole, zum Beispiel Chlor calciumlosung, beseitigt.
In diesem Falle geht dann der Ammo- niakkalteprozess kontinuierlich vor sich und der Umschalt-Wechselbetrieb beschrÏnkt sich auf den KÏltespeicherbetrieb f r den KÏltetausch des zu entfeucht-enden Gases mit dem bereits getrockneten GasindenKältespei- chern und auf die abwechselnde Berieselung der beiden Hälften des zweiteiligen Ammo- niakverdampfers mit Sole oder Lauge.
Die zu entfeuchtende Luft tritt bei a durch das Wechselventil G in den Kältespeicher c' ein, k hlt sich in diesem bis - 10¯ oder tiefer ab, tritt dann in die erste. AmmoniakverdampferhÏlfte d' und von da in die zweite, d", ber, um sodann durch den Kälte- speicher c" bei e" abzuziehen, nachdem sie in diesem ihre KÏlte abgegeben hat.
Nach erfolgter vollständiger Erwärmung des KÏltespeichers c'und dessen Abtrocknung durch die eingeleitete Frischluft wird umge- schaltet und die zu entfeuchtende Frischluft durch Rältespeieher c"eingeblasen, wobei sie ihren Weg in umgekehrter Richtung durch die Apparatur nimmt und diese bei e' verlϯt.
Stets muss jedoch so lange Frischluft durchgeblasen werden, bis der jeweils die zu entfeuchtende Frischluft zuerst aufnehmende KÏltespeicher vollstÏndig erwÏrmt und abge trocknetist,da,sonstnacherfolgterUmschal- tung die getrocknete Luft wieder Feuchtig- keit aufnehmen würde.
Je mehr sich dabei der jeweils von der eing geblasenen Frischluft zuerst bestrichene Kä. ltespeicher erwärmt, desto mehr wird die Kälteleistung des Ammonialiverdampfers in Anspruch genommen. Diese Inanspruchnahme ist am grüssten, wenn der vorgeschaltete KÏltespeicher vollstÏndig bis auf Aussenluft- tempera. tur erwärmt ist, aber dann noch kurze Zeit weiter in Betrieb bleiben mu¯, bis auch die aufgenommene Feuchtigkeit abgetrocknet ist.
Das Eis wird demnach in dem Kältespei- cher c' und c" regelmϯig durch die LuftwÏ rme selbst wieder geschmolzen, am Ver dampfer dageg, en würde es haften bleiben und damit den Luftdurchgang verstopfen. Hier erfolgt nun die Beseitigung des Eises durch Berieselung mit Sole oder Lauge, und zwar abwechselnd dergestalt, dass immer dlejenige Verdampferhälfte berieselt wird, welche dem jeweiligen Austrittskältespeicher am nächsten liegt.
Die abwechselnde Einschaltung der Berieselung beider Verdampferhälften wird durch die Ventile'und p"besorgt, die gemeinsam mit dem Wechselventil für den Luftein-und-austritt selbsttätig durch elek- trische Zeitschalter oder Druckluftzeitschalter sr'und g"gesteuert werden. Die Lauge fliesst bei h' und h" ab, wird dann in einen (nicht dargestellten) Gegenstromwärmetauscher geleitet, in diesem unter Abgabe ihrer Kälte an die regenerierte Sole oder Lauge bis + 20 oder mehr erwärmt und dann in einen Verdunstungsschacht geleitet, wo mittelst eingeblasener Luft die aufgenommene Eiswasser- menge aus der Sole oder Lauge wieder durch Verdunstung entfernt wird.
In der kalten Jahreszeit oder bei feuchter Witterung kann die in den Verdunstungsschacht einzublasende Luft durch FluB-oder Grundwasser, oder durch Dampfwarme des OberflÏchenkondensators einer Dampfanlage erwärmt werden.
Hierzu kann auch jede andere Art von minderwertiger Abfallwärme verwendet werden.