Produkt zum Absorbieren eines Kältemittels. Die Erfindung betrifft ein Produkt zum Absorbieren eines Kältemittels für Kühl apparate, welches Produkt sich durch feste Partikel kennzeichnet, die mit dem Kälte mittel Additionsverbindungen niederer und höherer Ordnung zu bilden vermögen und, mit einem genügend freien Raum zwischen sich, zusammengehalten sind, so dass sie bei der Bildung von Additionsverbindungen hoher Ordnung sich ausdehnen und bei der Bildung von Additionsverbindungen niederer Ordnung sich zusammenziehen können, ohne das Gesamtvolumen .der Masse erheblich zu ändern.
Kühlapparate unter Verwendung eines festen oder trockenen absorbierenden Mate rials für das Kühlmittel hat man bereits in Vorschlag gebracht, zum Beispiel unter Ver wendung von Calciumchlorid zur abwechseln den Absorption und Entwicklung von Am. monia.k.
Derartige Anlagen haben keinen vollkommenen Erfolg ergeben, zum Teil min destens weil Calciumchlorid (und Stoffe von ähnlicher Beschaffenheit, die clie Haupt absorbierungsmittel für Ammoniak bilden) sich bei der Absorption von Ammoniak ge waltig ausdehnen. und bei der Entwicklung von Ammoniak- entsprechend zusammen ziehen oder schrumpfen. Dies hat eine me chanische Unstabilität der Struktur der Masse des Absorptionsmaterials zur Folge und verhindert es, dass dasselbe in einer kon stanten Form gehalten werden kann.
Es hin dert weiter daran, dass es in einem befiliedi- genden Wärmeaustausch iuit für die Anlage wesentlichen Wärm- und Kühlvorrichtungen gehalten werden kann. Es hat weiter zur Folge, dass die Teilchen während der Ent wicklung und Absorption wandern, so dass sie eine fortschreitende Konzentration von Teilchen in gewissen Räumen auf Kosten anderer Räume erzeugen. Eine derartige Wanderung und Konzentration entwickelt häufig eine Kraft, die zur Zerstörung der Behälter oder Absorptionsgeneratoren genügt. in denen .das Material benutzt wird.
Die Erfindung umfasst die Beseitigung dieser Erscheinungen und die Herstellung einer festen Absorptionsmittelstruktur, die ihre Grösse, Form und Lage unter allen Be dingungen des Arbeitskreislaufes beibehält, und keine zerstörende Wirkung auf die das selbe enthaltenden Gefässe ausübt.
Man bevorzugt als Absorptionsmittel die Verwendung von Strontiumchlorid. Dieses Material ist dem Caleiumchlorid hinsichtlich seiner Verwandschaft zu Ammoniak sehr ähnlich, und in seiner Bildung von bestimm ten chemischen Verbindungen, die als Addi tionsprodukte oder Additionsverbindungen mit Ammoniah bekannt sind, ferner hinsicht lich seines Verhaltens während der Absorp tion und Entwicklung von Ammoniak.
Stron- tiumehlorid 8rCl., absorbiert Ammoniak und bildet eine der folgenden Additionsverbin dungen, Ammoniate oder Amine: Strontium- chlorid-l-amin, SrCl,. NHü; Strontiumchlo- rid-2-amin, Srcl-.. 2 NH;,; und Strantium- chlorid-8-amin, SrCl_ . 8 NH;
. Die Art der Umwandlung des Materials aus einem Amin in ein anderes zur Absorbierung oder Ent wicklung von Ammoniak und .die notwendi gen Bedingungen für diese Umwandlung sind in der physikalischen Chemie bekannt.
Reines, wasserfreies Strontiumchlorid ist ein sehr feines Pulver oder Staub. Eine Masse dieses Materials besteht aus einzelnen äusserst kleinen Teilchen, die einander an vereinzelten Punkten berühren und so freie Zwischenräume zwischen den Teilchen bil den. Die Masse ist in ihrer Beschaffenheit lockerem, zerkleinertem Kies oder Sand ähn lich. Wird dieses Material unter den geeig neten Temperatur- und Druckbedingungen Ammoniak ausgesetzt, so tritt das Ammo- niakgas in die Zwischenräume zwischen den Teilchen ein. Jedes Teilchen wird in ein Teilchen des besonderen Ammoniats um gewandelt, das .dem Druck und der Tem peratur entspricht.
Ein Teilchen irgend eines Ammoniats ist grösser als ein Teilchen eines Ammoniats niedrigerer Ordnung oder von reinem Strontiumchlorid. Sobald das Mate- rial Ammoniak absorbiert, so schwellen die einzelnen Teilchen infolgedessen an. Reichen die Zwischenräume zwischen ihnen zum Hal ten der vergrösserten Teilchen nicht aus, so muss der Körper als Ganzes schwellen, oder grössere "@.ggregate von Teilchen müssen be wegt werden.
Ist das Material so einge schlossen, .dass es nicht anschwellen kann, so werden äusserst hohe Drucke entwickelt, und diese können die Behälter deformieren, oder zerstören. In rnanchen Fällen kann das Ma terial sich so zusammenballen, dass es den Gaskanal zwischen den Teilchen verstopft und den freien Eintritt oder Austritt vor Ammoniak verhindert.
SrCh. 8<B>NN,</B> beispielsweise hat, wenn es in einem Zustande eines gut gepackten Pul vers sich befindet, eine Massendichte von 43 Pfund ,je Kubikfuss (0,69 g/emü), der freie Gasraum ist: hierin ungefähr<B>50%</B> des Gesamtraumes. Man nehme an, dass eine Menge dieses Materials in ein übliches Labo- ratoriumsprüfglasrohr gebracht und erhitzt wird, um Ammoniak auszutreiben und das Material in SrCh . NH; umzuwandeln. Der freie Gasraum würde etwa<B>80%</B> dps gesam ten werden, wenn das sichtbare Volumen des ganzen Körpers das gleiche bliebe.
Die Teil chen müssen aber in diese grösseren Z,wi- sehenräume zwischen ihnen fallen und lassen die ganze Masse schrumpfen, reissen und sich setzen. bis das Volumen des ganzen Körpers verkleinert ist, häufig bis auf 20%. Bei der nachfolgenden Absorption von Ammoniak suchen die Teilchen sich wieder auszudehnen. Der ganze Materialkörper wird aber nicht in seine frühere Grösse, Form oder Anordnung zurückgebracht, weil die Bewegungen der Teilchen und der grossen Aggregate während der Entwicklung zu gross und zu willkürlich sind, so dass sie lediglich umgekehrt werden und die Teilchen während der Absorption in ihre ursprüngliche Lage zurückgehen.
Es besteht eine grosse Reibung zwischen ,jedem einzelnen und den es berührenden Teil chen. Diese leistet dieser Bewegung einen MTiderstand. Diese Reibung reicht hin, damit die Teilchen über der Masse (dies ist die ein- zige Richtung, in der die Masse sich frei ausdehnen kann) sich zusammenballen und die Röhre wie ein dichtpassender Korken verstopfen, so dass die obere Schicht durch den Druck der sich dehnenden darunter be findlichen Teilchen nicht bewegt wird. Dies hat die Entwicklung eines hohen Druckes nter der Oberfläche zur Folge. Dieser Druck, hat zwei notwendige Folgen.
Einmal presst er die Teilchen in die Zwischenräume, so dass sich das Pulver in eine kreideähn liche Masse zusammenballt, und zweitens übt er eine erhebliche Kraft auf den Behälter aus. Diese beiden Resultate sind uner wünscht, das erste deshalb, weil das Aus füllen der Räume zwischen den Teilchen die Packungen für den Ein- und Austritt des Ammoniakgases verstopf, und das zweite, weil eine Zerstörung des Behälters eintreten kann.
Die abwechselnde Entwicklung und Absorption des Ammoniaks lässt das Pulver fortschreitend sich setzen und fortschreitend sich zusammenballen, bis der gegen -die Aus dehnung entwickelte Widerstand oberhalb der Masse die Ausdehnung des unter der Oberfläche eingeschlossenen Materials her vorrufen kann, so dass das Prüfrohr zerbricht.
Es hat sich herausgestellt, dass Stron- tiumchloridteilchen oder andere Absorptions materialien mit ähnlichen Eigenschaften in der Weise zu einer Masse vereinigt werden können, dass die abwechselnde Ausdehnung und Kontraktion, sowie die, fortschreitende Konzentration der Materialmasse als Ganzes verhindert wird. Dies kann man dadurch erreichen, dass man mit dem pulverförmigen Material eine kleine Menge einer geeigneten viskosen Flüssigkeit mischt und letztere über die ganze. Masse so verteilt, dass jedes Teil chen durch einen dünnen Filmüberzug an gefeuchtet wird. Die benutzte Flüssigkeit muss von solcher Beschaffenheit sein, dass sie die Teilchen des damit benutzten Absorptions materials anfeuchtet.
Wird die Flüssigkeit vollständig über das Pulver verteilt, so bildet sie auf der Oberfläche jedes einzelnen Teil chens einen Film. An den Berührungsstellen der Teilchen miteinander wird der Flüssig- keitsfilm dicker als in den Zwischenräumen oder Ecken unmittelbar rings um die Berüh rungspunkte. Dies beruht auf den bekannten Erscheinungen der Kapillarität und Ober flächenspannung. An den Berührungsstellen der Teilchen wird- der dickere Flüssigkeits film das Aneinanderhaften der Teilchen zur Folge haben.
Die verwendete Flüssigkeit muss zwar hinreichend viskos sein, so dass die Teilchen aneinanderhaften, sie darf aber noc1i nicht zu viskos sein, um ein Fliessen iii die Ecken um die Berührungspunkte zu ver hindern. In gleicher Weise muss die Flüs sigkeit so beschaffen sein, dass das Gefrier- mittel durch die Flüssigkeitsfilme hindurch zu den einzelnen Teilchen hindurchgehen und das Strontiumchlorid erreichen kann. Bevor zugt wird eine Flüssigkeit, in der das Ge- friermittel löslich ist.
Auch sollte die Flüs sigkeit ,so beschaffen sein, dass sie die Rei bung zwischen den Teilchen verkleinert, ohne sie aber vollkommen zu beseitigen. Der Flüssigkeitsfilm, der benachbarte Teilchen zusammenbindet, muss mit andern Worten reissen, ohne aber so auseinander zu reissen, dass die Teilchen mit Bezug aufeinander fort bewegt, vielmehr noch zusammengehalten werden können.
Als geeignete Flüssigkeiten können für diesen Zweck beispielsweise Lithiumnitrat und weisses russisches Mineralöl von der Be schaffenheit genannt werden, wie es unter dem Namen Nujol gehandelt wird.
Bevor zugt wird die Verwendung von Lithium- nitrat. Dieses Material ist dem Strontium- chlo.rid insofern ähnlich, als es normal fest ist und Ammoniak absorbiert, aber verschie- rlen insofern, als es bei Absorption von Am moniak eine Flüssigkeit anstatt einen festen Körper über den Temperatur- und Druck bereich bildet, in dem das Strontiumchloric1 die erwähnten Amine bildet.
Die nebildete Flüssigkeit ist stabil und hat praktisch kon stante physikalische Eigenschaften über den ganzen Arbeitsbereich des Strontiumchlorids. Lithiumnitrat wird -als Beispiel für eineu Stoff gegeben, der die erforderlichen Eigen schaften zur Bildung der erwünschten Ag;- glomeration hat, es können aber auch ändere Materialien erfindungsgemäss verwendet wer den.
Ein erfindungsgemässes Produkt kann erhalten werden, indem man Lithiumnitrat mit Strontiumchlorid in solchen Verhältnis sen mischt, die 4 bis 101'o und vorzugsweise 5 % LiNOr in LiN0, . SrCl. ergeben. Dies geschieht beispielsweise, indem man wasser freies Strontiumchloridpulver mit wasser freiem Lithiumnitratpulver mischt und einen Stoff bildet, der 4 bis 10% (vorzugsweise 5 %) Lithiumnitrat enthält.
Nachdem man diese beiden Stoffe vollständig miteinander gemischt hat, wird das Material in Gegen wart von Ammoniakgas so gekühlt, dass man das Material Ammaniak absorbieren lässt, zur Bildung von Strontiumchlorid-8-amin. Bei Gegenwart von Ammoniak absorbiert das Li- thiumnitrat dasselbe unter Bildung einer Flüssigkeit, die die oben genannten Eigen schaften hat. Dieses Material wird hierauf zu feinem Pulver zermahlen, das das Aus sehen von feuchtem Schnee hat, und hierauf in einen Absorptionsgenerator gefüllt.
Hier auf wird es erhitzt und abgekühlt, um in mehreren aufeinanderfolgenden Kreisläufen Ammoniak zu entwickeln und zu absorbieren. Bei der ersten Entwicklung von Ammoniak hat das Material ein geringes Bestreben, sich zu setzen. Dies rührt zweifellos von der un vollkommenen Verteilung des Lithiumnitra,ts her. Die aufeinanderfolgende periodische Absorption und Entwicklung von Ammoniak dient zur Verteilung des Lithiumnitrats und f@ihrt zu einer Materialmasse, die dem blossen Auge als ein im wesentlichen trockenes, wenn auch ein wenig feucht zusammengeballtes Pulver, ähnlich zusammengeballtem Form sand erscheint.
Unter dem Mikroskop indes sen können die dünnen Flüssigkeitsfilme unterschieden werden. Das Pulver bewahrt während der aufeinanderfolgenden Absorp tion und Entwicklung von Ammoniak seine Form.
Eine Untersuchung des Materials, nach dem es einem hinreichenden Kreislauf unter worfen worden ist, um das Lithiumnitrat zu verteilen und eine Masse der beschriebenen Art zu bilden, lehrt, da.ss die Flüssigkeits filme die Teilchen mit einem genügend freien Gaszwischenraum zwischen ihnen zusammen halten, so dass das Ammoniakgas auf alle Teilchen einwirken kann. Dieser Zwischen raum genügt, um die Ausdehnung der ein zelnen Teilchen bei der Absorption von Am moniak in die zwischen ihnen befindlichen Zwischenräume zu ermöglichen, ohne letzter zu verstopfen, ohne dass die Masse des Ma terials sich als Ganzes ausdehnt, und eine grosse Druckkraft auf die Wände des Behäl ters ausübt.
Ebenso halten beider Entwick lung von Ammoniak die Flüssigkeitsfilme die einzelnen Teilchen in ihrer benachbarten Lage, ohne dass sie in die Zwischenräume hineinfallen. Bei der Ausdehnung und Kon traktion müssen die einzelnen Teilchen sieh etwas gegeneinander bewegen, die Flüssig keitsfilme gestatten aber, wie erwähnt, diese Bewegung unter einem Zusammenhalten der Teilchen. Indem die Flüssigkeit die Teil chen schmiert bezw. die Reibung der Teil chen bei ihrer gegenseitigen Bewegung ver kleinert, verkleinert sie den Druck, der zur Bewegung des Ammoniaks durch die Anlage erforderlich ist.
Sie ermöglicht ein Überein andergleiten der Teilchen bei der Ausdeh nung und Kontraktion, ohne zusammenzu backen oder die Struktur als Ganzes erheb lich zu ändern.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich nur auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung; es ist selbstverständlich, dass auch andere Ausführungsformen des Erfin- dungsgedankens möglich sind.