Table Of ContentDie Kaltemaschine
Grundlagen, Ausftihrung, Betrieb, Untersuchung
und Berechnung von Kalteanlagen
von
Dipl.-Ing. M. Hirsch
Beratender Ingenieur VBI
Zweite
verbesserte und vermehrte Auflage
Mit 390 Textabbildungen
Berlin
Verlag von Julius Springer
1932
ISBN-13: 978-3-642-89849-5 e-ISBN-13:978-3-642-91706-6
DOl: 10.1007/978-3-642-91706-6
Alle Roohte, insbesondere
das der tibersetzung in fremde Spraohen, vorbehalten.
Copyright 1932 by Julius Springer in Berlin.
Softoover reprint of the hardcover 2nd edition 1932
Vorwort znr zweiten Anflage.
Lebensmittelforschung und Wiirmelehre haben seit dem Erst
erscheinen dieses Buches im Jahre 1924 groBe, fiir die Kiiltetechnik be
deutsame, Fortschritte genommen. Sie verlangten, wenn die Neuauflage
nicht einen Riickschritt bedeuten sollte, einen Ausbau des Stoffesj zu
dem sich der Verfasser trotz der allgemeinen Krise entschlieBen muBte.
Eine Entschuldigung mag in der wichtigen Rolle erblickt werden, die
der Kiilteindustrie fiir die Weltwirtschaft zukommt. Sie liiBt eine groB
ziigige Fortentwicklung selbst dann erwarten, wenn andere Zweige der
Technik in ihrer Weiterbildung gehemmt bleiben.
Bei der Neubearbeitung wurde nberholtes und nberfliissiges ge
strichen, auf eine Darstellung der geschichtlichen Entwicklung der Kiilte
maschine von vornherein verzichtet und dadurch Raum fiir Neues ge
schaffen. Die Beschreibung ausgefiihrter KiilteanIagen unterblieb wie
bei der Erstauflage mit Riicksicht auf ihre Erfassung durch Fachzeit
schriften.
Die Vierteilung des Stoffes wurde beibehalten, die Berechnung jedoch
zuletzt gebracht. Sie stellt an den Leser hOhere Anforderungen als die
drei vorangestellten Abschnitte, deren Lektiire fiir einen erweiterten
Leserkreis in Frage kommt und fiir diesen durch die geiinderte Grup
pierung erleichtert ist.
1m ersten Abschnitt iiber Grundlagen der Kiilteerzeugung und Kiilte
anwendung haben die Arbeitsstoffgruppen eine Erweiterung erfahren.
AuBer den im einzelnen genannten Quellen standen hierfiir wertvolle
Aufschliisse der 1. G. Farbenindustrie zur Verfiigung, fiir deren nber
lassung gedankt sei. Die periodisch wirkenden Zweistoff-, die ununter
brochen arbeitenden Dreistoff-Absorptionskiihlanlagen ebenso wie die
MehrstufenkiihlanIagen wurden ihrer zunehmenden Bedeutung ent
sprechend beriicksichtigt. Der. fortgeschrittene Stand der Le bensmittel
kunde begriindet die erweiterte Darstellung der Grundsiitze der Kiilte
anwendung. Fiir die schematische Wiedergabe der verschiedenen Arbeits
verfahren bei der Kiilteerzeugung sind die von Stender vorgeschlagenen
Bildzeichen gewiihlt.
1m Abschnitt iiber Ausfiihrung kehren nur wenige Beispiele der Erst
auflage wieder, da die Bauformen unter dem EinfluB fortgeschrittener
Erkenntnis sich wesentlich geiindert haben. Die Wandlung kommt vor
allem bei der Darstellung des Verfliissigers und Verdampfers zum Aus
druck. Verbund- und Kreiselverdichter sind, der wachsenden Bedeutung
IV Vorwort zur zweiten Auflage.
entsprechend, eingehend behandelt. Die Entwicklung der Kleinkiihl
anlage verlangte Besprechung der selbsttatigen Regelung und Schaltung.
Hierbei hat sich der Verfasser auf das Wesentliche beschrankt, dessen
Kenntnis zur Wertung der vorhandenen Ausfiihrungen erforderlich ist.
Die besondere Bauweise zeitgemaBer Verfliissiger und Verdampfer be
einfluBt die Leitungsfiihrung und begriindet eine entsprechende Erwei
terung des Stoffes. In der Ausfiihrung der Eiserzeugungsanlagen ist
eine Annaherung der europaischen und amerikanischen Formen fest
zustellen. Sie kommt dadurch zum Ausdruck, daB die Erzeugung von
Klareis vermittels Lufteinblasens im V ordergrunde steht. Das Gesamt
bild der angewandten Kii.lte konnte fiir die meisten Arten von Kiihlgut
erweitert, auBerdem durch neue Anwendungsgebiete erganzt werden.
Die fiir Kleinhandel, Gewerbe und Haushalt wichtige Kleinkiihlanlage
findet sich durch kennzeichnende Beispiele vertreten. Auf eine um
fassendere Darstellung durfte mit Riicksicht auf das Planksche Buch
tiber "Haushalt-Kaltemaschinen" verzichtet werden.
Der Abschnitt iiber Betriebsfiihrung konnte, unter Erganzung, von
der Erstauflage iibernommen werden. Urn so durchgreifendere Ande
rungen forderte die Entwicklung der warmetechnischen Forschung fiir
den letzten Abschnitt iiber Berechnung. Die zahlenmaBige Behandlung
der Kii.lteerzeugung umfaBt hier erweiterte Arbeitsstoffgruppen. Bei der
Verfolgung der Warmeiibertragung hat der Verfasser, wie bei der von
ihm bearbeiteten 7. Auflage von Hausbrands "Verdampfen, Kon
densieren und Kiihlen", die Warmeiibergangs-, Warmeleit- und Warme
durchgangszahl durch den von J ako b vorgeschlagenen Begriff des
Warmewiderstandes ersetzt und einige allgemeine Kapitel ohne wesent
liche Anderung aus der erwahnten. Arbeit iibernommen. Der Wert der
wissenschaftlichen Forschung fiir die Berechnung des Warmeaustausches
bei Kiihlanlagen wird an zahlreichen Beispielen nachgewiesen. Das
Molliersche i-x-Bild, an das sich der Verfasser eng anschlieBt, schafft
einen festen Boden fiir die Ermittlung der Warmeteilleistung, die als
Verdunstung des Fliissigkeitsgehalts bzw. als Niederschlag des Dampf
gehalts zum Ausdruck kommt. Mit der Erkenntnis des zahlenmaBigen
Einflusses des Luftzustandes auf das Verhalten feuchten Gutes, ins
besondere dessen Gewichtsverlust, und mit der Aufdeckung der zur
Beherrschung des Luftzustandes gebotenen MaBnahmen diirfte eine
wichtige Frage der Kii.ltetechnik gelost sein.
Auch fiir die neue Auflage haben Hersteller von Kii.ltemaschinen dem
Verfasser bereitwilligst Unterstiitzung gewahrt, die vorzugsweise im
zweiten Abschnitt zum Ausdruck gelangt.NaturgemaB stehen deutsche
Firmen im Vordergrund. Fiir die Beriicksichtigung auslandischer Bau
weisen lag weniger AnlaB vor als bei der Erstauflage, weil Deutschland
den Vorsprung, den fremde Lander wahrend der Kriegs- und Nach-
v
Vorwort zur zweiten Auflage.
kriegszeit gewonnen hatten, inzwischen reichlich einzuholen vermochte.
Wenn sich gleichwohl zahlreiche auslandische Ausfiihrungen und For
schungen erwahnt finden, so bedeutet dies nur verdiente Wiirdigung
ihres Anteils an der erfolgreichen Weiterentwicklung der KaItemaschine.
Die Freihaltung des Blickes auf die Umwelt ist in der Gegenwart des
Zweifelns und Sichabschlie.6ens notiger als je, und der Ingenieur mehr
als andere berufen, der Gemeinschaft des Weltgeschehens Rechnung
zu tragen. In keinem FaIle solI die N amensnennung im einzelnen einen
Wertmesser darstellen. Der Verfasser fiihlt sich allen verpflichtet, die
ihn bei seiner Arbeit unterstiitzt haben, insbesondere seinem Verleger,
der sich durch die Herausgabe mit dem Verfasser in zuversichtlicher
Hoffnung auf die Zukunft verbindet. Auch bei diesem Buch war meine
Frau mir treue Helferin.
Frankfurt a. M., Mai 1932.
M. Hirsch.
Inhaltsverzeichnis.
A. Grundlagen. Seite
I. Die physikalischen Grundlagen der Kalteerzeugung 1
1. Kaltdampfanlage ...... . . . . . . . . . . . . . 1
a) Kaltdampfanlage mit Verdichter und Ausdehnungsmotor 2. -
b) Kaltdampfanlage mit Verdichter und RegIer 2. - c) Wasserdampf
kiihlanlage mit Dampfstrahlverdichter 2. - d) Kaltdampfanlage mit
Aufsauger, Austreiber und LOsungspumpe, Zweistoff-Absorptionskiihl
anlage 3. - e) Kaltdampfanlage mit Aufsauger und Austreiber ohne
Losungspumpe, Dreistoff-Absorptionskiihlanlage 4. - f) Kaltdampf
anlage mit Aufsauger-Austreiber-Kessel, periodisch wirkende Zweistoff
Absorptionskiihlanlage 5. - g) "Trockene" Absorptionskiihlanlage 5.
h) Adsorptionskiihlanlage 6.
2. Kaltluftanlage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6
II. Stufenweise Verdichtung, Verdampfung und Verfliissigung. 6
I.Kaltdampfanlage ..... . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6
a) Kaltdampfanlage mit Verdichter und Ausdehnungsmotor 7.
- b) Kaltdampfanlage mit Verdichter und RegIer 7. - c) Wasser
dampfkiihlanlage mit Dampfstra.hlverdichter 13. - d) Absorptions
kiihlanlage 14.
2. Kaltluftanlage. . . . . . . . . . . . . . 16
3. Zweistoffkiihlanlage . . . . . . . . . . . 18
III. Die Arbeitsstoffe der Kaltdampfanlage 19
1. Kaltdampfanlage mit Verdichter. . . . . 19
2. Absorptionskiihlanlage . . . . . . . . . 26
IV. Kaltetrager der mittelbaren Kiihlung 29
1. Feste Korper als Kaltetrager . . . . 29
2. Fliissigkeiten als Kaitetrager . . . . . . 31
3. Luft als Kaltetrager . . . . . . . . . . 36
V. Grundlagen der KiHteanwendung. . . " 37
a) EinfluB der absoluten Rohe der Kiihltemperatur auf die Eig.enschaften
des Kiihlgutes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1. Die physikalischen Eigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . 37
a) FesteKorper 37. - (3) Fliissigkeiten und wasserhaltige Stoffe 38.
- Reine Fliissigkeiten39. - Losungen 39. - y) Gasformige K6rper 47.
2. Die chemischen Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . 51
a) Feste Korper 51. - (3) Fliissigkeiten und wasserha.ltige Kor-
per 51. - y) GasfOrmige Korper 52.
3. Die biologischen Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . 53
b) EinfluB der Kiihlgeschwindigkeit auf die Eigenschaften des Kiihlgutes 63
c) EinfluB der Kaltetragerbeschaffenheit auf die Eigenschaften des Kiihl-
gutes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
1. Die physikalischen Eigenschaften. . . . . . . . . . . . . . . 71
a) Fliissigkeiten als Kaltetrager 71. - (3) Gase a.ls Kaltetrager 72.
2. Die chemischen Eigenschaiten . . . . . . . . . . . . . . . . 82
a) Fliissigkeiten als Kaltetriiger 82. - (3) Gase als Kiiltetriiger 83.
3. Die biologischen Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . 84
a) Fliissigkeiten als Kiiltetriiger 84. - (3) Gase als Kaltetriiger 84.
Inhaltsverzeichnis. VII
Selte
B. AU8liihrung.
I. Ausfiih.rung der Verdichter 90
1. Arbeitsventile. . 90
2. VentiIanordnung 97
3. ZyIinderkiihlung 102
4. AnschluBstutzen 104
5. Sicherheitsventil 107
6. Kolben . Ul
7. Stopfbiichse . . . U3
8. Zylinderschmierung U7
9. Olabscheider . . . U8
10. Siebtopf . . . . . 120
U. Schadlicher Raum IllO
12. Hilfseinspritzung . 120
13. ZyIinderverkleidung 121
14. Indikatorstutzen 121
15. Gestell. . . 121
16. Triebwerk . . . 122
17. Drehzahl. . . . 124
18. Antrieb. . . . . 126
19. Fundierung. . . . . 131
20. Leistungsregelung . . 132
21. Verbundverdichtung. . . . . 134
22. Kreiselverdichter (Turbogebl.ii.se) . . . 141
23. Kreiskolbenverdichter (KapselgebIase) . 144
II. Ausfiihrung der Verfliissiger 145
III. Ausfiihrung der Verdampfer. 162
IV. Ausfiihrung der Rohrleitung 180
1. Rohre . . . . . . 180
2. Flanschen . . . . 181
3. Flanschdichtungen 181
4. Formstiicke 182
5. Absperrungen. . . 183
6. Regelstelle . . . . . . . 186
7. Selbsttii.tige Regelventile . 189
8. Zweistufen-Regelstelle 194
9. Leistungsmesser. . . . . 195
10. Entliifter. . . . . .. . 197
U. Ausgleichbehii.lter . . . . 199
12. Leitungsfiihrung .... 199
V. Ausfiihrung der Ammoniak-Absorptionskiihlanlage 2U
VI. Ausfiihrung der WasserdampfkaItemaschine . 217
VII. Ausfiihrung der Kaltluftmaschine . . . . . 220
VIII. Ausfiihrung der kiinstlichen Eiserzeugung 222
IX. Ausfiihrung der L'uftkiihlvorrichtungen 238
X. Ausfiihrung der mittelbaren Kiihlung 254
XI. Riihrwerke. . . . . . . . . . . . 258
XII. Selbsttii.tige Schaltung . . . . . 260
XIII. Audiihrung des Wii.rmeschutzes 263
1. Wii.rmeleitfii.higkeit . . . 264
2. Raumgewicht. . . . . . 264
3. Wii.rmeinha.lt . . . . . . 264
4. Vera.rbeitungsfii.higkeit . 264
5. Festigkeit. . . . . . . . 265
6. Bestii.ndigkeit. . . . . 266
7. Luftundurchl.ii.ssigkeit . 268
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
8. Unschii.dlichkeit. . 271
9. Feuersicherheit . . 272
10. Wirtschaftlichkeit . 272
XIV. Maschinenr80um . . 274
XV. Das Gesamtbild der 8ongew8ondten Kalte 275
1. Fleisch ..... . 276
2. Fisch ..... . 283
3. Milch und Butter . 288
4. Kunstbutter 290
5. Eier ... 290
6. Teigwaren . 292
7. Obst ... . 292
8. Bier ... . 296
9. Wein .. . 299
10. Trinkwasser . . . . . 299
ll. Schokolade, Zuckerw80ren 300
12. Speiseeis . . 302
13. 01 ..... 304
14. Glaubersalz . 305
15. Tabak .. . 305
16. Pelze .. . 305
17. Leichen . . 305
18. Eisbahn . . . . . . . 306
19. Schachtabteufung ... 306
20. Hochofenwindtrocknung 308
21. Gaskiihlung .......... . 308
22. Riickgewinnung von LOsungsmitteJn. . . . . . . . 309
23. Kiihlung von Aufenthalts· und Vers80mmlungsraumen 309
24. Druckerei . . . . . . . . . . . . 310
25. Photographische Platten und Filme . 310
26. Webstoffe . . . . . . 311
27. Munition. . . . . . . 311
28. Kiihlhaus ..... . 312
29. Schiffskiihlung . . . . 318
30. Eisenbahnwagenkiihlung 321
31. Fernkiihlanla.gen . . . 323
32. Nahrwarenhauser .... 324
33. Kleinhandel und Gewerbe 325
34. Haushaltungskiihlanla.gen 329
C. Betrieb und Untersuchung.
I. Vorbereitung vor der erstmaligen Inbetriebnahme . . . • . 334
II. Aufg80ben der Bedienung wahrend des regelrna.Bigen Betriebes 340
III. Ma..Bnahmen bei langerem Stillstand .'....... 354
IV. Unregelma8igkeiten wahrend des Betriebes . . . . . 359
1. Zu hohe und unregelmii.8ige Temperaturen 80m Verdichter . 359
2. Verwii.sserte Fiillung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
3. Zu hoher Verfliissigerdruck . . . . . . . . . . . . . . 364
4. Zu niedriger Verdampferdruck . . . . . . . . . . 364
5. Unregelm8..Bige Arbeitsweise des Verdichters . . . . 365
6. Ausstromen des Arbeitsstoffes durch Undichtheiten . 365
V. Der W80sserbedarf des Rohrenbiindel. und Doppelrohrver
fliissigers . . . . . . . 367
1. ROhrenbiindelverfliissiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
2. Doppelrohrverfliissiger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
InhaltBverzeichnis. IX
Seite
VI. Wissenschaftliche Untersuchung 372
1. Temperaturmessung . . . . 372
2. Druckmessung. . . . . . . 374
3. Messung der Luftfeuchtigkeit 375
4. Mengenmessung . . . . . . 376
5. Warmeschutzpriifung . 377
6. Indizierung . . . . . 377
D. Bereehnung.
I. Der Vorgang der Kalteerzeugung im Sankey-Bild . 383
1. Kaltdampfanlage mit Verdichter und RegIer . . . 383
2. Kaltdampfanlage mit Aufsauger und Austreiber . . 384
II. Der Vorgang der KiUteerzeugung im s-T-Bild . 386
1. Kaltdampfanlage . . . . . . . . . . . . . 387
2. Kaltluftanlage . . . . . . . . . . . . . . 393
III. Rechnerischer Einflu.6 des Arbeitsstoffes 396
1. Erzielbare Kalteleistung . 396
2. Verdichterhubraum . . . 399
3. Arbeitsbeda.rf ..... . ·404
4. Absorptionskiihlanlage . 412
IV. Das Warmebild als rechnerische Grundlage des Kiihlvor-
ganges ........................... 415
1. Kaltdampfanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
a) Kaltdampfanlage mit Verdichter 415. - fJ) Wasserdampfkiihl
anlage mit Dampfstrahlverdichter 426. - y) Absorptionskiihlan-
lage 426.
2. Kaltluftanlage . . . . . . . . . . . . 426
V. Berechnung der mittelbaren Kiihlung 427
1. Fliissigkeitem als Kaltetrager . . . . . 428
2. Luft (Gas) als Kaltetrager ..... . 428
VI. Wetter-, Wasser- und Bodenverhaltnisse als Voraus-
setzungen bei Kiihlanlagen 434
1. Wetterverhaltnisse . . . . . . . . . . . . . . 434
2. Wasser- und Bodenverhiiltnisse . . . . . . . . 436
VII. Berechnung der erforderlichen Kalteleistung 437
1. Temperaturerniedrigung des Kiihlgutes ohne Anderung des Ge-
wichtB und Aggregatzustandes . . . . . . . . . . .. .. 438
2. Temp~raturerniedrigung des Kiihlgutes unter Gewichtsanderung
ohne Anderung des Aggregatzustandes q!ls verbleibenden Teils . . 446
3. Zustandsanderung des Kiihlgutes ohne Anderung von Temperatur
und Aggregatzustand . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . 448
4. Temperaturerniedrigung des Kiihlgutes und Anderung des Aggregat
zustandes ohne Gewichtsanderung . . . . .... . . . . . . . . 450
5. Temperaturerniedrigung des Kiihlgutes unter Anderung des Aggre-
gatzustandes und Gewichts . . . . . . 461
6. Verluste . . . . . . . . . . . . . . . 461
VIII. Die Gesetze der Warmeiibertragung . 467
1. Warmeleitung . . 467
2. Konvektion . . . 469
3. Warmeiibergang . 469
4. Warmestrahlung . . . . . . 469
5. Warmedurchgang. . . . . . 470
6. Warmeiibertragungswiderstand 471
7. Temperaturverlauf . • . . . 472
x
Inhaltsverzeichnis.
Selte
IX. Berechnung der bei warmegeschiitzten Flaclien durch-
gehenden Warmemenge .... . . . . . 476
1. Warmeleitung . . . . . . . . . . . 476
2. Warmeiibergang und Warmestrahlung 484
3. Warmedurchgang. . . . . . . . . 491
4. Luftdurchlassigkeit . . . . . . 497
5. Warmeinhalt. . . . . . . . . 502
6. Veranderungstragheit . . . . . 505
7. Schutz gegen Tauwasserbildung 505
X. Kritische Geschwindigkeit. . 508
XI. Gleichwertiger Durchmesser . 513
XII. Berechnung der Warmeiibertragung durch Metallwande 514
A. Warmeleitwiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 514
1. Heizflachenwand ................... 514
2. Fremdschicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514
a) Steinbelag 515. - (3) Salz 516. - y) 01516. - !S) Tau 516.
- e) Reif 517. - t) Eis 517. - 'fJ) Anstrich 517.
B. Warmeiibergangswiderstand ................. 518
1. Erzwungene Stromung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
a) Stromung durch gerade Kanale 520. - a) Gase 520. -
b) Tropfbare Fliissigkeiten 523. - fJ) Stromung um gerade Kanale
in Richtung der Langsachse 530. - y) Stromung um gerade
Kanale quer zur Langsachse 534. - a) Gase 535. - b) Tropf
bare Fliissigkeiten 537.
2. Freie Stromung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539
a) Senkrechte Rohre 539. - a) Gase 539. - b) Tropfbare
Fliissigkeiten 542. - (3) Waagerechte Rohre 542.
3. Siedende Fliissigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542
a) Stromung durch gerade Kanale 542. - fJ) Stromung um
gerade Kanale in Richtung der Langsachse 544. - y) Stromung
um gerade Kanale quer zur Langsachse 544. - !S) EinfluB der
Betriebsbedingungen 545. - a) Temperaturgefaile 545. -
b) Fliissigkeitsstand 545.
4. Gesattigte Dampfe ................... 546
a) Stromung durch gerade Kanale 547. - fJ) StrOmung um
gerade Kanale in Richtung der Langsachse 549. - y) Stromung
um gerade Kanale quer zur Langsachse 550. - !S) EinfluB der
Temperatur 550.
C. Wandtemperatur und Warmedurchgangswiderstand ...... 551
XIII. Berechnung der Warmeiibertragung zwischen feuchten
Gasen und tropfbaren Fliissigkeiten bzw. Eis. 552
XIV. Berechnung der Warmeaustauschvorrichtungen .... 558
1. Verfliissiger . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .... 558
a) Waagerechte Rohrenbiindelverfliissiger 558. - b) Doppel
rohrverfliissiger 562. - c) Senkrechte Rohrenbiindel-Berieselungs
verfliissiger 562. - d) Senkrechte Rohrwandverfliissiger 566. -
e) Waagerechte Rohrwandverfliissiger 567. - f) Waagerechte Rohr
schlangen-Berieselungsverfliissiger 569. - g) Rohrschlangen-Tauch
verfliissiger 571. - h) Enthitzer 571. - i) Nachkiihler 574. -
k) Verdunstungsverfliissiger 576. - 1) Luftgekiihlte Verfliissiger 577.
- m) Druckleitung 577.
2. Verdampfer ........................ 579
a) Hochleistungsverdampfer fiir Fliissigkeitskiihlung 579. -
b) Rohrschlangenverdampfer f~ Fliissigkeitskiihlung 580. - c) Ver
dampfer fiir Luftkiihlung 581.
