Kaltluft- und Kaltgasmaschinen

  • P. Graßmann
Part of the Handbuch der Kältetechnik book series (KÄLTETECHNIK, volume 5)

Zusammenfassung

Das Verfahren der Kälteerzeugung durch Kaltluft- und Kaltgasmaschinen beruht auf der Abkühlung eines Gases bei der Entspannung unter äußerer Arbeitsleistung. Eine hierfür geeignete Anordnung zeigt Abb. 1. Der Kompressor 1 verdichtet Luft oder ein anderes geeignetes Gas auf einen Druck p. Durch Zwischen- und Endkühler 2 wird die durch die Kompression erhitzte Luft in üblicher Weise wieder etwa auf die Umgebungstemperatur T 1 gekühlt, mit der sie in den Gegenströmer 3 eintritt. Hier wird sie im Gegenstrom mit der zurückkommenden Luft auf die Eintrittstemperatur T 3 in die Expansionsvorrichtung 4 abgekühlt. Bei kleineren Anlagen dient zur Expansion meist eine Kolbenmaschine, d. h. eine nach dem Verdrängerprinzip arbeitende Vorrichtung. Ist dagegen das zu verarbeitende Volum groß, so ist es günstiger, hierfür Turbinen, also Strömungsmaschinen, zu verwenden. Auf jeden Fall strebt man eine möglichst adiabate und verlustlose Entspannung an, die im Grenzfall der idealen Maschine längs einer Isentropen verlaufen würde. Die durch diese Entspannung unter äußerer Arbeitsleistung auf die Temperatur T′ gekühlte Luft entzieht anschließend im Kühler 5 dem zu kühlenden Raum oder einem zweiten zu kühlenden oder zu verflüssigenden Gasstrom die Nutzkälteleistung Q 0. Jedoch muß sie bei Austritt aus dem Kühler 5 immer noch kalt genug sein, um die einströmende Luft im Gegenströmer 3 auf die Eintrittstemperatur T 3 abzukühlen.

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Hinweise

  1. 2.
    Nach K. Nesselmann: Chem.-Ing.-Techn. 29 (1957) S. 198/200 und Kältetechnik Bd. 9 (1957) S. 321-323.CrossRefGoogle Scholar
  2. 1.
    Vgl. dazu die während der Drucklegung erschienene Arbeit von J. T. Harvell u. W. H. Hogan: Kälteanlagen mit geschlossenem Kreislauf; Kältetechnik Bd. 17 (1965) Nr. 6, S. 180–185.Google Scholar
  3. 1.
    Ergenc, S., U. Giger, u. Ch. Teepp: Kältetechnik Bd. 16 (1964) S. 296–301.Google Scholar
  4. 2.
    Glaser, H.: Kältetechnik Bd. 8 (1956) S. 210–14.Google Scholar
  5. 4.
    Linge, K.: Kältetechnik Bd. 13 (1961) S. 95–98.Google Scholar
  6. 5.
    Plank, R.: VDI-ZS. Bd. 83 (1939) S. 1021.Google Scholar
  7. 3.
    Grassmann, P.: Schweiz. Bauzeitung Bd. 79 (1961) S. 797–800.Google Scholar
  8. 1.
    Grassmann, P.: Schweiz. Banzeitung Bd. 79 (1961)) S. 797–800.Google Scholar
  9. 1.
    Grassmann, P.: Chem.-Ing.-Techn. Bd. 22 (1950) S. 77–80.CrossRefGoogle Scholar
  10. Grassmann, P.: Allgem. Wärmetechnik Bd. 2 (1951) S. 161–66 und Bd. 9 (1959) S. 79-86.Google Scholar
  11. Grassmann, P.: Kältetechnik Bd. 4 (1952) S. 52–57.Google Scholar
  12. Nesselmann, K.: Allgem. Wärmetechnik Bd. 3 (1952) S. 97–104 u. Bd. 4 (1953) S. 141-47. Die Bezeichnung Exergie wurde von Z. Rant (Forsch. Gebiete Ingenieurwesens Bd. 22 (1956) No. 1, S. 36-37) vorgeschlagen.Google Scholar
  13. 1.
    Er wurde als „énergie utilisable“ eingeführt von M. Gouy: J. Physique II Bd. 8 (1889) S. 501–518.MATHGoogle Scholar
  14. dann vor allem von Fr. Bosnjakovic: Technische Thermodynamik II, S. 446ff., 3. Aufl., Dresden u. Leipzig: Th. Steinkopff 1960.Google Scholar
  15. viel verwendet. Zur Ableitung der im folgenden benützten Beziehungen vgl. auch P. Grassmann: Physikalische Grundlagen der Chemie-Ingenieur-Technik, § 2.8. bis 2.10. u. 2.13., Aarau und Frankfurt/Main; Sauerländer 1961.Google Scholar
  16. Baehr, H. D.: Thermodynamik, Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer 1962, S. 120ff. Energie und Exergie; Düsseldorf: VDI-Verlag 1965.CrossRefGoogle Scholar
  17. 1.
    Meissner, W.: Physikal. Zs. Bd. 43 (1942) S. 261.Google Scholar
  18. Meissner, W.: Zs. f. angew. Phys. Bd. 16 (1963) (S. 275–281).Google Scholar
  19. 1.
    Dasselbe Problem wurde auf etwas andere Art und wesentlich ausführlicher behandelt von K. Nesselmann: Kältetechnik Bd. 9 (1957) S. 271–273 und K.Stephan: daselbst (S. 314-318).Google Scholar
  20. Vgl. ferner H. Bock: Linde Berichte Nr. 4, Nov. 1958 (S. 45-51).Google Scholar
  21. 1.
    Vgl. dazu auch M. Ruhemann: Low Temperature Refrigeration, Cryogenics Vol. 1, No. 4 (1961), S. 193.CrossRefGoogle Scholar
  22. 2.
    Vgl. dazu auch K. Linge: Kältetechnik Bd. 13 (1961) S. 95–98.Google Scholar
  23. 2.
    Vgl. dazu P. Grassmann u. J. Kopp: Kältetechnik Bd. 9, Heft 10 (1957) S. 306–308.Google Scholar
  24. 1.
    Vgl. dazu P. Grassmann u. J. Kopp: Kältetechnik Bd. 9, Heft 10 (1957) S. 306–308.Google Scholar
  25. 1.
    Hänny, J., Schweiz. Archiv Bd. 26 (1960), Nr. 3, S. 115–129.Google Scholar
  26. Hänny, J., Kältetechnik Bd. 12 (1960) S. 158–169.Google Scholar
  27. 2.
    Zur mehrfachen Entspannung vgl. H.N.Davis: Research Corp., U.S. Pat. 1420625 (1922).Google Scholar
  28. Leven, J. H.: F. Pat. 705075 (1931); U.S. Pat. 1892155 (1932).Google Scholar
  29. Rabes, M.: ZS. ges. Kälte-Ind. Bd. 37 (1930) S. 48–58.Google Scholar
  30. Mccreery, E. P., D. B. Stamps, u. P. W. Stamps: U.S. Pat. 2086567 (1937).Google Scholar
  31. DE Batjfre, W. L.: U.S. Pat. 2089543 (1937).Google Scholar
  32. Grassmann, P.: D.B. Pat. 849851 (1952).Google Scholar
  33. Trepp, Ch.: Industries Atomiques VI (1962) Nr. 7/8, S. 71–80 und Techn. Rundschau Sulzer (1962) Nr. 4, S. 35-41.Google Scholar
  34. Vgl. dazu auch H. Hausen: Bd. VIII dieses Handbuches S. 79.Google Scholar
  35. 2.
    Zur gesonderten Berücksichtigung dieser Verluste vgl. S. Ergenc, U. Giger u. Ch. Trepp: Betriebscharakteristik einfacher Heliumkreisläufe mit Kaltgasturbinen; Kältetechnik Bd. 16 (1964) S. 296–301.Google Scholar
  36. 3.
    Vgl. P. Grassmann: Schweiz. Bauzeitung Bd. 79 (1961) S. 797–800.Google Scholar
  37. 1.
    Tschistiakoff, F., u. A. Plotnikoff: Cholodilnaja Technika Bd. 29 (1952) S. 16 (russisch).Google Scholar
  38. Tschistiakoff, F., Referat in Kältetechnik Bd. 6 (1954) S. 20.Google Scholar
  39. 1.
    Claude, G.: Compt. Rend. Acad. Scie. Paris Bd. 134 (1902) S. 1568–1570 u. Bd. 195 (1932) S. 919-922. Weitere Literatur in Bd. VIII dieses Handbuches S. 72ff.Google Scholar
  40. 2.
    Eder, F. X.: Kältetechnik Bd. 11 (1959) Nr. 8, S. 257.Google Scholar
  41. 3.
    Füner, V., E. Schöberl, R. Tauchmann, H. Ruf u. K. Bach: Kältetechnik Bd. 12 (1960) S. 66 u. 298, Bd. 13 (1961) S. 99-102 u. S. 145-149.Google Scholar
  42. 2.
    Rushton, J. H., u. E. P. Stevenson: Trans. Am. Inst. chem. Engng. Bd. 43 (1947) S. 61–68; Chem. Engng. Progr. (1947) Febr., S. 61-68.Google Scholar
  43. Vgl. dazu auch P. Grassmann u. G. Weiler: Chem.-Ing.-Techn. Bd. 21 (1949) S. 19–24.CrossRefGoogle Scholar
  44. 4.
    Vgl. dazu M. Laschin: Der flüssige Sauerstoff, Halle: Carl Marhold 1929.Google Scholar
  45. 5.
    Kapitza, P.: Proc. Roy. Soc. Bd. A 147 (1934) S. 189.CrossRefGoogle Scholar
  46. 6.
    Collins, S. C., u. R. L. Cannaday: Expansion Machines for Low Temperature Processes, Oxford University Press 1958.Google Scholar
  47. Collins, S. C.: Rev. sci. Instrum. Bd. 18 (1947) S. 157.CrossRefGoogle Scholar
  48. Collins, S. C.: Nature Bd. 160 (1947) S. 736.CrossRefGoogle Scholar
  49. Collins, S. C.: sowie Artikel „Helium Liquefiers and Carriers“ in Handbuch der Physik, herausgegeb. von S. Flügge, Bd. XIV, Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer 1956, S. 112–136.Google Scholar
  50. sowie P. Grassmann, Kältetechnik Bd. 6 (1954) S. 59–61.Google Scholar
  51. 1.
    Collins, S. C., u. R. L. Cannaday sowie S. C. Collins: Siehe Fußn. 6 auf S. 26.Google Scholar
  52. Vgl. dazu auch das ausführliche Referat von P. Grassmann: Kältetechnik Bd. 6 (1954), S. 59–61.Google Scholar
  53. 2.
    Trepp, Ch.: Die Härte von N2, O2, Ar und von N2—O2-Gemischen, Prom. Nr 2747 ETH Zürich (1958) und Schweiz. Archiv Bd. 24 (1958) Nr. 6, S. 191–200 u. Nr. 7, S. 231-239.Google Scholar
  54. 1.
    Grindin, W. B.: Zeitschr. Kislorod (russisch), Bd. 12 (1959) Nr. 3, S. 16–25.Google Scholar
  55. Vgl. dazu auch das ausführliche Referat von R. Plank in Kältetechnik Bd. 12 (1960) S. 59 bis 62.Google Scholar
  56. 1.
    Hood, C. B., W. W. Vogelhuber u. C. B. Barnes: Advances in Cryogenic Engineering, Vol. 9, S. 496–506; New York: Plenum Press 1964.Google Scholar
  57. 1.
    Meissner, W., F. Schmeissner u. R. Doll: Heliumverflüssiger mit Expansionsmaschine und Hochdruckreiniger. Kältetechnik Bd. 11 (1959) S. 317–320.Google Scholar
  58. 2.
    Doll, R., u. F. X. Eder: Kältetechnik Bd. 16 (1964) Nr. 1, S. 5–11.Google Scholar
  59. Doll, R., u. F. X. Eder: Advances in Cryogenic Engineering, Plenum Press, New York 1964, Vol. 9, S. 561–564.Google Scholar
  60. 2.
    Vgl. dazu J. W. L. Köhler: Progress in Cryogenics, Bd. II, Edit. K. Mendelssohn, London: Heywood and Comp. u. Köhler, J.W. L., u. C. O. Jonkbrs: Philips Technical Rev. Bd. 16 (1954) S. 69 u. 105, sowie Kältetechnik Bd. 6 (1954) S. 234 u. 262.Google Scholar
  61. 1.
    Köhler, J.W. L.: Scientific American Bd. 212 (1965) No. 4 April, S. 119–127.CrossRefGoogle Scholar
  62. 1.
    Prast, G.: Cryogenics Bd. 3 (1963) Nr. 3, S. 156–160 und Philips Technical Review Bd. 26 (1965) No. 1.CrossRefGoogle Scholar
  63. 2.
    Long, H. M., u. F. E. Simon: Kältetechnik Bd. 6 (1954) S. 150–151.Google Scholar
  64. Hildesheimer, H.: Die Wechselfestigkeit einiger Stähle bei tiefen Temperaturen, Prom. Nr. 2783, ETH Zürich (1959) und Schweiz. Archiv Bd. 25 (1959) S. 177–200.Google Scholar
  65. 4.
    Gifford, W. E., u. H. O. Mcmahon: A new refrigeration Process, Ber. X. Intern. Kältekongress, Kopenhagen 1959, Bd. I, S. 105–109.Google Scholar
  66. Gifford, W. E., u. H. O. Mcmahon: Advances in Cryogenic Engineering, Bd. 5, New York: Plenum Press 1960, S. 368–372 (Editor K. D. Timmerhaus).Google Scholar
  67. 1.
    Gifford, W. E., u. H. O. Mcmahon: A Low Temperature Heat Pump, Ber. X. Intern. Kältekongr., Kopenhagen 1959, Bd. 1, S. 105.Google Scholar
  68. Gifford, W. E., u. H. O. Mcmahon: Advances in Cryogenic Engineering, Bd. 5, New York: Plenum Press, 1960, S. 354–367.Google Scholar
  69. Zur neuesten, hier nicht mehr berücksichtigten Entwicklung vgl. J.T. Harvell u. W. H. Hogan: Kältetechnik Bd. 17 (1965) Nr. 6, S. 180–185.Google Scholar
  70. 1.
    Vortrag an der Sitzung der Komm. I des Institut International du Froid in Eindhoven, Holland, Juni 1960, Annexe 1960-1, S. 15-27. Bull. IIF, und Advances in Cryogenic Engineering Vol. 6, S. 82–94 (Herausgeber K. D. Timmerhaus) New York: Plenum Press, 1961.Google Scholar
  71. 1.
    Chellis, F. F., u. W. H. Hogan: A Liquid-Nitrogen-Operated Refrigerator for Temperatures below 77° K. Advances in Cryogenic Engineering, New York: Plenum Press, 1964, Vol. 9, S. 545–551.Google Scholar
  72. 5.
    Strass, W.: Entspannungsturbinen für tiefe Temperaturen, Kältetechnik Bd. 11 (1959) S. 136–144.Google Scholar
  73. Saidel, R. R.: Turboexpansionsmaschinen in Sauerstoffanlagen (russisch). Moskau: Maschgis, 1960. In diesem Buch wird die Theorie, die Berechnung und die Konstruktion von Kälteturbinen behandelt. (Vgl. Kältetechnik Bd. 13 (1961), S. 239.)Google Scholar
  74. 1.
    Traupel, W.: Thermische Turbomaschinen, Bd. 1, Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer 1958 (2. Auflage 1966).Google Scholar
  75. Adolph. M.: Einführung in die Strömungsmaschinen, Turbinen, Kreiselpumpen, Verdichter, Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer 1959.CrossRefGoogle Scholar
  76. Zietemann, C.: Die Dampfturbine, 2. Aufl., Berlin/Göttingen/Heidelberg: Springer 1955.CrossRefGoogle Scholar
  77. 2.
    Jekat, W. K.: An impulse type expander turbine, in K. D. Timmerhaus (Herausgeber), Advances in Cryogenic Engineering, Vol. 2 (Boulder Conference) 1956, New York: Plenum Press 1960.Google Scholar
  78. 3.
    Epifanowa, W. I.: Kadiale Tieftemperatur-Expansionsturbinen (russisch), Maschgis, Moskau 1961 (vgl. Besprech. in Kältetechnik Bd. 15 (1963) S. 390.Google Scholar
  79. Epifanowa, W. I.: Vgl. dazu auch den Artikel des gleichen Verfassers in Progress in Cryogenics, Bd. 4, herausgegeben von K. Mendelssohn, Heywood Books, veröffentlicht von Temple Press Books Ltd., London 1964.Google Scholar
  80. 1.
    Gyarmathy, G.: Grundlagen einer Theorie der Naßdampfturbine. Prom. Nr. 3221 der Eidgen. Techn. Hochschule Zürich, 1962.Google Scholar
  81. 2.
    Jekat, W. K., u. L. Nagyszalanczy: Power and Fluids (Zs. der Worthington Corp.) Bd. 5 (1959) Nr. 3, S. 38–43.Google Scholar
  82. 1.
    Mann, D. B., H. Sixsmith, W. A. Wilson, u. B. W. Birmingham: Advances in Cryogenic Engineering, Vol. 8, S. 221–227, New York: Plenum Press 1963. vgl. dazu auch Techn. News Bull. Nat. Bur. Stand 46 (1962) 1, S. 2-3 u. Engineering Bd. 193 (1962) S. 49, 94, 2.Google Scholar
  83. 2.
    Zur Berechnung der günstigsten Drehzahl vgl. S. Ergenc, U. Giger u. Ch. Trepp: Kältetechnik Bd. 16 (1964) S. 296–301.Google Scholar
  84. 3.
    Pantall, D., u. C. H. Robinson: Gas-lubricated Bearings in Nuclear Engineering, Nuclear Engng. Bd. 4 (1959) 35, 53–59.Google Scholar
  85. Cole, J. A.: Gas Lubrication Research appl. Ind. Bd. 12 (1959) Heft 8/9, S. 348–355.Google Scholar
  86. Whitley, S., u. C. Betts: Study of Gas-lubricated, Hydrodynamic Full Journal Bearings, Brit. J. appl. Phys. Bd. 10 (1959) Heft 10, S. 455–463.CrossRefGoogle Scholar
  87. 1.
    Saidel, R. R.: Kislorod, U.S.S.R. Bd. 12 (1959) Nr. 4, S. 15–22.Google Scholar
  88. 2.
    Epifanova, V. L: Kislorod, U.S.S.R. Bd. 12 (1959) Nr. 6, S. 23–28.Google Scholar
  89. 3.
    Stitder, A., u. E. Niedermann: Brown Boveri-Mitteilungen Bd. 50 (1963) Nr. 6/7, S. 366–372.Google Scholar
  90. 2.
    Hänny, J.: Eine Tieftemperaturanlage zur Gewinnung von schwerem Wasser, Kältetechnik Bd. 12 (1960) S. 158–169, bes. 165.Google Scholar
  91. Hänny, J.: ferner Schweizer Archiv Bd. 26 (1960) Nr. 3, S. 115–129.Google Scholar
  92. 2.
    Mann, D. B., H. Sixsmith, W. A. Wilson u. B. W. Birmingham: Advances in Cryogenic Engineering, Vol. 8, New York: Plenum Press 1963, S. 221–227.Google Scholar
  93. 2.
    Verschiedene Schaltungsmöglichkeiten sind aus einem Artikel von R. Plank, VDI-Z. Bd. 83 (1939) S. 1021–1029 zu ersehen.Google Scholar
  94. 1.
    Vgl. dazu H. Bock: VDI-Berichte Bd. 34 (1959) S. 85–90 betr. Wärme-, Kälte-und Lüftungstechnik im Fahrzeug, Vorträge bei der VDT-Tagung, Stuttgart 1958. Düsseldorf: VDI-Verlag.Google Scholar
  95. Still, E. W.: Air Conditioning in Aircraft, Journ. Roy. Aeron. Soc. Bd. 61 (1957) S. 727–755.Google Scholar
  96. 2.
    Vgl. dazu z. B. E. R. G. Eckert u. T. F. Irvine: Journ. Appl. Mech. (March 1957) S. 25-28 und E. R. G. Eckert u. R. M. Drake: Heat and Mass Transfer New York, Toronto, London: McGraw Hill 1959 S. 257.Google Scholar
  97. 1.
    Plank, R.: Amerikanische Kältetechnik, 3. Bericht., Deutscher Ingenieur-Verlag GmbH., Düsseldorf 1950, S. 189.Google Scholar
  98. 2.
    Messinger, B. L.: Soc. Automotive Engng. Journal (Transactions) Bd. 54 (1946) Nr. 3, S. 93.Google Scholar
  99. Messinger, B. L.: Refr. Engng. Bd. 51 (Jan. 1946) S. 21.Google Scholar
  100. Messinger, B. L.: Heating and Ventilating Bd. 43 (1946) S. 63.Google Scholar
  101. Scofield, P. C: Refr. Engng. Bd. 57 (Juni 1949) S. 558.Google Scholar
  102. 5.
    Vgl. dazu E. W. Still: Air Conditioning in Aircraft, Journ. Roy. Aeron Soc. Bd. 61 (1957) S. 727–755 (vgl. bes. Fig. 2 u. 6).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1966

Authors and Affiliations

  • P. Graßmann
    • 1
  1. 1.Eidg. Technischen HochschuleZürichSchweiz

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