Titel: Kühlung erwärmter Flüssigkeiten.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1893, Band 287 (S. 252–255)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj287/ar287079

Kühlung erwärmter Flüssigkeiten.

Mit Abbildungen.

Die in den letzten Jahren wesentlich gestiegenen Kohlenpreise haben bekanntlich (vgl. 1892 286 289) das Bedürfniss nach Condensation des Abdampfes wieder lebhafter wachgerufen, so dass heute selbst dort zur Condensationsanlage geschritten wird, wo die örtlichen und maschinellen Verhältnisse schwieriger liegen. Condensationsanlagen erfordern aber bekanntlich ein ziemlich bedeutendes Wasserquantum, im Allgemeinen für Stunde und Pferd mindestens 200 l, die in vielen Fällen nicht zur Verfügung stehen. Man hat deshalb zu einer künstlichen Wiederabkühlung des erwärmten Wassers seine Zuflucht nehmen müssen, und sind hier verschiedene mehr oder minder praktische bezieh. billige Verfahren angewendet worden, von denen im Wesentlichen zwei eine grössere Anwendbarkeit gefunden haben, Gradirwerke und Streudüsen. Welches von den beiden Verfahren das zweckmässigere ist, möge unerörtert bleiben, unserer Ansicht nach ist allerdings den Streudüsen der Vorzug zu geben. Nachdem nun in diesem Journal dem neuesten Stande der Gradirwerke bereits Rechnung getragen ist, sei heute das Verfahren der |253| Abkühlung von Condensationswasser oder anderen erwärmten Flüssigkeiten mittels Streudüsen des Näheren behandelt.

Zur Lösung der Aufgabe, warme Flüssigkeiten durch kältere Luft rasch und erheblich abzukühlen, gibt es nur das eine Mittel, das Wasser fein zu vertheilen und an den Wasserflächen einen erheblichen Luftwechsel herbeizuführen. – Beide Maassregeln gehen darauf hinaus, die Wärmeabgabe des Wassers durch Berührung oder Leitung, sowie durch Verdunstung zu fördern.

Im Allgemeinen wurde bislang bei Kühlanlagen die Vertheilung des Wassers und der Luftwechsel durch getrennte Einrichtungen bewirkt, und zwar bediente man sich zur Vertheilung der Gradirwerke oder der Bretterthürme, auf welche das Wasser gepumpt wurde und in denen es auf Haufen von Reisigwerk oder auf Brettern in dünner Schicht niederrieselte; zur Erzielung des Luftwechsels dienten Ventilatoren. Die diesem Zwecke dienenden Einrichtungen sind indess kostspielig und kraftraubend, und bedingen, dass die Kühlanlage, des Ventilators wegen, in der Nähe von bestehenden Wellenleitungen angebracht werden muss, denn das Legen einer den Ventilator treibenden Wellenleitung über Hofräume u.s.w. ist wohl niemals oder doch nur in Ausnahmefällen gestattet. Von dieser Unbequemlichkeit kann man sich nur dann freimachen, wenn zufälliger Weise elektrischer Betrieb vorhanden ist, so dass der Ventilator mittels eines einfachen und billigen Elektromotors getrieben werden kann.

Derartige Schwierigkeiten und Uebelstände werden vermieden, die Anlage wird einfach und billig, der Betrieb bedarf weniger Kraft und die Gesammtanlage wird in Bezug auf ihre Aufstellung unabhängig von der Nachbarschaft einer mechanischen Kraftquelle, durch das System der Wasserkühlung mittels Streudüsen.

Textabbildung Bd. 287, S. 253
Dieses Verfahren, das von der Firma Gebrüder Körting in Körtingsdorf bei Hannover ausgeführt wird, besteht bekanntlich darin, dass das zu kühlende Wasser mittels Druck durch Düsen hindurch in die Luft zerstreut wird, um so fein vertheilt mit der Luft in Berührung gebracht zu werden. Um diese Vertheilung möglichst vollkommen vorzunehmen, haben Gebrüder Körting im Inneren der Düse eine Spirale (vgl. Fig. 1) angeordnet (D. R. P.), durch welche das Wasser eine drehende Bewegung erfährt und nach Verlassen der Düse in Folge dessen stark zerstreut bezieh. in Tropfen aufgelöst wird, unter gleichzeitiger Erzeugung eines lebhaften Luftwechsels.

Die kennzeichnende Eigenschaft der Streudüse in Bezug auf die zu leistende Arbeit ist also, dass bei ihrer Anwendung die Vertheilung des Wassers sowohl wie der Luftwechsel gleichzeitig durch die Düse hervorgebracht wird, indem das Wasser in feinen Tropfen zerstreut wird und diese Tropfen durch die umgebende Luft mit erheblicher Geschwindigkeit hindurchgetrieben werden.

Eine Kühlanlage mittels Streudüsen erfordert danach an Anlagen nur ein Hebewerk, um dem zu kühlenden Wasser den nöthigen Druck von 10 m zu ertheilen, eine Rohrleitung für das Wasser von dem Hebewerke zum Orte der Kühlanlage, und die nöthige Anzahl von Streudüsen, um die Zerstäubung in erfolgreicher Weise zu bewirken. Die Rohrleitung kann überirdisch oder unterirdisch angelegt sein, bietet mithin keine Schwierigkeit und gestattet, dass die Kühlanlage an beliebiger Stelle des betreffenden Werkes, wo die Bedingungen zur Kühlung die günstigsten sind, aufgestellt wird.

An Betriebskraft erfordert das System der Kühlung mittels Streudüsen allein die Arbeit, um dem Wasser den Druck von etwa 10 m zu ertheilen.

Wie bei allen anderen Kühlsystemen, so hängt auch bei dem mittels Streudüsen der Grad der Kühlung, abgesehen von der Wärme der Luft, wesentlich von dem Feuchtigkeitsgehalte der letzteren ab. Je trockener die Luft ist, um so grösser ist die Neigung des Wassers zu verdunsten, und mit dem Maasse der Verdunstung steigt auch das der Wärmeentziehung durch die Dampfbildung. Die Wärmeentziehung kann so stark werden, dass das Wasser unter die ursprüngliche Luftwärme abgekühlt wird. Umgekehrt hört die Neigung des Wassers zum Verdunsten und damit die Wärmeentziehung durch Dampfbildung vollkommen auf, wenn die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist, also bei gemischtem oder schwülem Wetter, und in diesem Falle ist man bei der künstlichen Kühlung allein auf die Wärmeentziehung durch Leitung angewiesen, und auf eine möglichst feine Vertheilung der Flüssigkeit, um bei dem geringen Leitungsvermögen der Luft doch noch einen befriedigenden Erfolg zu haben.

Die Neigung des Wassers zum Verdunsten bezieh. das Maass der möglichen Verdunstung hängt von der Menge des Dampfes ab, welchen die umgebende Luft noch aufnehmen kann. Diese Menge wächst mit der Luftwärme erheblich, d.h. beim gleichen relativen Sättigungsgrade ist eine wärmere Luft im Stande, erheblich mehr Wasserdampf aufzunehmen als eine kältere Luft. Die Folge davon ist, dass in wärmerer Luft die Verdunstung und dementsprechend die relative Abkühlung des Wassers eine grössere ist als in kälterer Luft, und man bei warmen Tagen das Wasser der Luftwärme näher bringt als bei kühlen Tagen, eine Erscheinung, die stets bei Einrichtungen von Kühlanlagen in Rücksicht gezogen werden muss.

Um dem Wasser durch die Streudüsen eine möglichst feine Vertheilung zu geben, ist es zweckmässig, wenn man nicht Gelegenheit hat, sehr hohen Druck anzuwenden, Düsen von geringem Querschnitt, nicht über 10 mm Durchgangsöffnung zu benutzen und dieselben so aufzustellen, dass der zur Verfügung stehende Raum von dem gebildeten Wasserstaube völlig ausgefüllt wird. Der nöthige Luftwechsel stellt sich in dem Räume von selbst ein, einmal durch natürlichen Windzug und dann durch die treibende Wirkung, welche die Staubstrahlen auf die Luft äussern, welch letztere in die Höhe geführt und durch frische, unten zuströmende Luft ersetzt wird.

Um den Luftwechsel möglichst lebhaft zu machen, stellt man die Düsen am besten frei auf, und zwar über einem Kühlwasserbehälter, so dass das zerstreute Wasser sich ohne Verlust in diesem dichtgemauerten oder eisernen Behälter wieder sammelt. Die Düsen vertheilt man dann in solcher Weise, dass die am Rande des Behälters angebrachten eine Neigung nach der Mitte zu von ungefähr 70° gegen die Wagerechte besitzen, während die mittleren senkrecht stehen. Die Entfernung der Düsen von einander |254| beträgt dabei am besten 1,5 bis 2 m, und braucht der Druck des Wassers vor den Düsen zur Erzielung einer genügend feinen Zerstäubung nicht höher als 10 in zu sein.

Tritt bei starker Luftströmung eine als unangenehm empfundene Verwehung des Wasserstaubes auf, so empfiehlt es sich, den Sammelbehälter mit einer Wand aus wagerechten schräggestellten dünnen Brettern zu umgeben, die eine Entfernung von etwa 8 cm von einander haben, also hinreichend Raum für den freien Zutritt der Luft lassen, und dabei doch alle gegenspritzenden Tropfen abfangen und in den Sammelbehälter leiten.

Was nun die mit derartig ausgeführten Kühlanlagen erzielten Ergebnisse anbetrifft, so sind dieselben völlig befriedigend, und zwar wird das Wasser bei warmer trockener Luft auf Luftwärme, bei warmer mitteltrockener Luft auf 3 bis 4° C. über Luftwärme und bei kühler feuchter Luft auf 8 bis 9° C. über Luftwärme abgekühlt.

Der Verlust an Wasser ist bei Anwendung einer Schutz wand gering und beträgt höchstens 4 Proc. so dass im Falle die Kühlanlage dazu dient, das Wasser einer Condensationseinrichtung bei Dampfmaschinen behufs steter Wiederbenutzung desselben zu kühlen, also die Zunahme an Wasser durch den niedergeschlagenen Dampf den Verlust im ungünstigsten Falle ausgleicht; im Allgemeinen gewinnt man aber die Hälfte des verdichteten Dampfes wieder und kann das so gewonnene Wasser zum Kesselspeisen benutzen.

Die Betriebskosten einer Kühlanlage mit Streudüsen sind verhältnissmässig gering. Sie bestehen lediglich in der Leistung der Pumpe, um dem Wasser den nöthigen Druck von 10 m zu geben. Die Kühlung von 1 cbm Wasser in der Stunde würde also erfordern

mk

theoretische Arbeit in der Secunde, und es würde bei einer Nutzwirkung der Pumpe von 0,5 die Maschinenleistung zum Antrieb der Pumpe = 5,6 mk sein = 0,075 . Die Pferdekraft mit 1,5 k Kohlen gerechnet und das Kilo Kohle mit 1,8 Pf., würde die Kühlung von 1 cbm Wasser in der Stunde, abgesehen von Amortisation und Verzinsung, also 0,2 Pf. kosten.

Handelt es sich darum, eine Anlage zum Abkühlen des Condensationswassers einer Dampfmaschine zu beurtheilen, so wird man finden, dass selbst unter den ungünstigsten Verhältnissen mit der Kühlanlage durch Streudüsen noch eine erhebliche Ersparniss an Kohlen erreicht wird. – Wenn z.B. eine Dampfmaschine von 30 mit 4 at Anfangsdruck und ½ Füllung arbeitet, dann wird dieselbe ohne Condensation bei 69 Proc. Nutzleistung 30 . 18 k = 540 k Dampf in der Stunde gebrauchen.

Nimmt man z.B. ungünstig an, dass im warmen Sommer das Wasser von der Kühlanlage mit 30° C. zurückfliesst und der Condensator (Wasserstrahlcondensator ohne Luftpumpe) in Folge dessen nur eine Luftleere von 55 cm erzeugt, bei einem Wasserverbrauch gleich dem 30fachen des Dampfgewichtes, so ergibt sich ein Dampfverbrauch der Maschine zu 443 k in der Stunde, abgesehen von der zur Kühlung erforderlichen Pumparbeit. Die letztere berechnet sich bei einem Verbrauche an Wasser von 15000 l in der Stunde zu , und die benöthigte Maschinenleistung, wenn man wieder die Nutzwirkung der Pumpe mit 50 Proc. annimmt zu , mit einem Dampfverbrauche von 1,11 . 15 = 16,6 k. Der Gesammtdampfverbrauch der Maschine mit Condensation und mit Berücksichtigung der Pumpenleistung für die Kühlanlage würde also sein 443 + 16,6 = 460 k, entsprechend einer Ersparniss von 80 k auf 540 k = 14,8 Proc.

Textabbildung Bd. 287, S. 254
Viel günstiger stellt sich natürlich dies Verhältniss, wenn die Dampfmaschine mit variabler Füllung ausgestattet ist. Die Maschine, welche vorher ohne Condensation 540 k Dampf verbrauchte, würde dann bei gleicher Kraftleistung und einer Luftleere von 55 cm im Condensator, oder 50 cm im Cylinder, nur 346 k Dampf verbrauchen, wohinzu der Dampfverbrauch zum Betriebe der Pumpe mit 11,5 k zu rechnen wäre, entsprechend einem Gesammtdampfverbrauche der Maschine von 357,5 k oder eine Ersparniss von 33,8 Proc.

Dass diese Rechnungsergebnisse der Praxis völlig entsprechen, zeigt das Diagramm (Fig. 2), welches von einer mit Strahlcondensator und Streudüsenkühlanlage ausgestatteten Hochdruckmaschine in der Weise genommen ist, dass die Maschine bei genau gleicher Kraftleistung einmal mit Auspuff und abgehängter Pumpe und ein andermal mit Condensator und angehängter Pumpe arbeitete. Das Vacuum am Condensator war 55 cm und betrug die Wasserwärme am Einlauf 30° C., am Auslauf 50° C.

Die Maschine hat 220 mm Cylinderdurchmesser, 560 mm Hub, macht 100 Touren in der Minute bei 5 at Admissionsdruck. Aus den Ergebnissreihen dieser Anlage seien noch folgende Zahlen mitgetheilt, welche die verhältnissmässig hohen Luftleeren selbst bei wärmerem Wetter kennzeichnen:



Datum


Luftleere

Luftwärme
im
Schatten
Wärme des
Condensationswassers


Wetter
hinter dem
Strahl-
condensator

nach der
Kühlung
cm Grad C Grad C Grad C.
1. Juli 58 21 48 27 bedeckt
9. „ 61 21 40 24
20. „ 63 16 38,5 25 regnerisch
30. „ 55 32,5 49,5 33 sonnig

Die nebenstehende Fig. 3 zeigt eine Kühlanlage auf der Grube „Skalley“ der Oberschlesischen Kokswerke und Chemischen Fabriken, Actiengesellschaft, bei welcher 60000 l stündlich mittels sechs Streudüsen gekühlt werden.

Ferner sei noch eine jüngst gelieferte Körling'sche Streudüsenkühlung auf den Vereinigten Breslauer Oelfabriken, Actiengesellschaft, erwähnt. Hier werden stündlich 70000 l mittels acht Patentstreudüsen bei 13 m Wasserdruck gekühlt, und bemerken die Vereinigten Breslauer Oelfabriken, dass die Kühlung des Condensationswassers der 300 - |255| Verbundmaschine eine so vollständige ist, dass die Temperatur des abgekühlten Wassers nahezu der der Luft gleichkommt. Die Leistungsfähigkeit wurde im Hochsommer 1892 insofern auf eine harte Probe gestellt, als eine bedeutende Hitze herrschte, bei welcher, trotzdem das Kühlbassin fast den ganzen Tag den Sonnenstrahlen ausgesetzt war, dennoch eine völlig ausreichende Abkühlung stattfand. Der Kraftverbrauch betrug bei 60 Proc. Nutzleistung der Pumpe nur etwa 6 .

Die grösste bisher ausgeführte Körting'sche Streudüsenkühlanlage, die erst kürzlich in Betrieb gekommen ist, befindet sich auf dem Hasper Eisen- und Stahlwerk Krieger und Co. in Haspe, und werden hier stündlich etwa 700,000 Liter mittelst 180 Stück 10 mm Düsen gekühlt. Die Anlage ist eine Centralcondensation für Walzenzugsmaschinen von etwa 2800 mit Körting's Gefälle-Condensatoren (vgl. 1892, letztes Heft). Nähere Angaben liegen z. Z. noch nicht vor.

Textabbildung Bd. 287, S. 255
Was schliesslich die Anlagekosten einer Wasserkühlung durch Streudüsen betrifft, so sind dieselben nur gering, und setzen sich, wie aus Obigem hervorgeht, zusammen aus den Kosten:

1) der Pumpe,

2) der Rohrleitung,

3) der Streudüsen,

4) des meist gemauerten Sammelbehälters des Wassers,

5) gegebenenfalls einer Bretterschutzwand um den Sammelbehälter zum Verhindern des Verwehens.

Die Betriebskosten bestehen lediglich in der Amortisation und Verzinsung des obigen Anlagekapitals und in der Pumparbeit, welchen Aufwendungen z.B. bei Condensationsanlagen eine namhafte Dampfersparniss gegenübersteht, welche die Rentabilität einer solchen künstlichen Kühlung unter allen Umständen sichert.

R. Knoke.

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