Kühlen

Kühlen (Abkühlen), die absichtliche Herbeiführung von Temperaturerniedrigung. Jeder erhitzte Körper nimmt, wenn er der Wärmequelle, durch die er die höhere Temperatur erhielt, entzogen wird, allmählich die Temperatur seiner Umgebung an, indem er durch Leitung und Strahlung Wärme abgibt. Ist die Strahlung gegen den freien Himmelsraum nicht beschränkt, so kann der Körper selbst unter die Temperatur seiner Umgebung erkalten. Feuchte Körper und Flüssigkeiten kühlen auch ab, wenn die Verdunstung nicht gehindert wird, Gase und Dämpfe bei Verminderung des auf ihnen lastenden Druckes.

In der Technik handelt es sich um Regelung der Abkühlung. Die Abkühlung starrer Körper beschleunigt man durch Begießen mit Wasser, durch Einwerfen in Wasser (wobei auch Eis angewendet werden kann) oder in andre Flüssigkeiten, wenn schlechteres oder besseres Wärmeleitungsvermögen in Betracht kommt. In dieser Weise kühlt man Metalle, um sie zu härten, andre weich zu machen, manche Körper, wie Feuerstein, Quarz, in ihrer Struktur zu lockern, um sie leichter zerkleinern zu können (Abschrecken). Härte erzielt man durch K. auch beim Glas (Hartglas) und Eisenguß (Hartguß). Um beschädigte Ringgeschütze auseinander zu nehmen, erhitzt man sie und bringt dann in das innere Rohr flüssige Kohlensäure, durch deren Verdunstung das Rohr so schnell und stark abgekühlt wird, daß es aus den umgebenden, noch heißen Ringen herausgezogen werden kann. Sehr allgemein kühlt man Bestandteile von Öfen, z. B. das Mauerwerk durch Anbringung hohler Räume, in denen Luft zirkuliert, oder die Düsen an metallurgischen Gebläsen durch fließendes Wasser.

Auch eine Verzögerung der Abkühlung starrer Körper wird häufig angewendet, um die Molekularstruktur der Körper zu ändern. Dies geschieht bei Darstellung von Ton- und Glaswaren, die ohne geregelte langsame Kühlung sehr spröde werden. Man erreicht die langsame Abkühlung durch Verschluß des Ofens oder durch Einstellen der heißen Gegenstände in geheizte Räume (Kühlofen), die dicht verschlossen werden, um jede kühlende Luftströmung zu verhindern. Für kontinuierlichen Betrieb benutzt man Kühlöfen, die aus einem sehr langen, an einem Ende mit einer Feuerung, am andern Ende mit einem Zugschornstein versehenen Kanal bestehen. Durch diesen Kanal wird die abzukühlende Ware auf einer auf Schienen laufenden Wagenreihe allmählich von dem heißen nach dem kalten Ende hin vorwärts gezogen, bis sie, hierbei langsam abgekühlt und endlich völlig erkaltet, den Kühlkanal verläßt. Während man den Ofen am heißen Ende beständig neu beschickt, wird am kalten Ende gekühlte Ware ohne Unterbrechung herausgenommen. In andern Fällen verhindert man Abkühlung durch Umhüllungen (Weißblech-, Zinkblechmantel), die eine ruhende Luftschicht einschließen, oder durch Bedeckungen mit schlechten Wärmeleitern, wie wollene Gewebe, Filz, Baumwollen-, Seidenabfällen, Schlackenwolle, Asche, Kieselgur, Kork etc. Diese Mittel zur Verhinderung schneller Abkühlung werden auch auf Flüssigkeiten angewendet, besonders auf Lösungen, mus denen man möglichst große, gut ausgebildete Kristalle erhalten will, sowie auf Röhren, in denen Dampf fortgeleitet werden soll.

Flüssigkeiten werden gekühlt, indem man durch Anwendung metallener Gefäße die Wärmeableitung, durch Vergrößerung der Oberfläche die Ausstrahlung und durch Luftzug die Verdunstung befördert. So sind die Kühlschiffe der Brauereien und Brennereien sehr große, flache, metallene Gefäße, in denen die Maische eine verhältnismäßig dünne Schicht bildet. Die Verdunstung befördert man auf diesen Schiffen durch kräftige Ventilationsvorrichtungen, auch durch Gebläse, oder indem man die Oberfläche der Flüssigkeit durch ein Rührwerk beständig erneuert. Sehr allgemein werden Flüssigkeiten mit Eis gekühlt, das man, wo eine Verdünnung (bez. Verunreinigung) mit Wasser nicht schadet, direkt in die Flüssigkeit werfen kann. Auf sehr einfache Weise kann man Flüssigkeiten in jedem beliebigen Gefäß, z. B. Bier im Faß, kühlen, indem man dünnwandige, lange, walzenförmige Blechbüchsen mit Eis füllt und in die Flüssigkeiten einhängt. Beschleunigt wird die Kühlung, wenn man die Flüssigkeit mit der Büchse beständig umrührt. Dies Prinzip findet auch in größerm Maßstab, z. B. in Spiritusfabriken, Anwendung, wo man von kaltem Wasser durchflossene Kühlschlangen in die abzukühlende Maische hängt oder ein aus Metallröhren konstruiertes Rührwerk benutzt. Während das Rührwerk in Tätigkeit ist, strömt beständig kaltes Wasser durch seine Röhren. Anstatt das kühlende Mittel in die Flüssigkeit zu bringen, kann man auch umgekehrt die warme Flüssigkeit in dünnwandigen Blechgefäßen mit möglichst großer Oberfläche in kaltes Wasser, in zerstoßenes Eis oder in Kältemischungen stellen. Hierauf beruhen die Eisapparate der Konditoreien (vgl. Gefrornes). Bisweilen wendet man große Kessel oder Pfannen mit doppeltem Boden an und kann in den Raum zwischen beiden Böden sowohl Dampf zum Erhitzen als kaltes Wasser zum K. leiten. Wird gleichzeitig ein kühlendes Rührwerk angebracht, so ist die Wirkung sehr kräftig. Anstatt aber das Wasser zwischen zwei Metallflächen einzuschließen, kann man es auch aus einem rund um den obern Rand sich erstreckenden durchlöcherten Rohr frei an der äußern Wand eines gewöhnlichen Kessels herabrieseln lassen. In diesem Falle wirkt das Wasser nicht nur durch Leitung, sondern auch durch Verdunstung, also energischer.

Sehr allgemein benutzt man Kühlapparate, bei denen sich die warme Flüssigkeit und das Kühlwasser in entgegengesetzter Richtung bewegen, so daß die warme Flüssigkeit zuerst mit schon erwärmtem, zuletzt aber mit kaltem, frisch zufließendem Wasser in Berührung kommt (Gegenströmung). Hierher gehört z. B. der Lawrencesche Kapillarkühler (Fig. 1 u. 2). Die warme Milch fließt aus dem Gefäß a in die Rinne b und aus dieser durch seine Löcher auf die vordere und hintere Wand des Kühlkastens b c und sammelt sich unten wieder in einer Rinne. Das Kühlwasser strömt dagegen aus f durch d in den Kühlkasten und verläßt denselben wieder durch e, um bei g abzufließen. Die Wirksamkeit dieses Apparats beruht wesentlich auf der Form der Kühlflächen, denen der Apparat den Namen Kapillarkühler verdankt. Wie der Durchschnitt zeigt, sind die Kühlflächen wellig gebogen und die Vertiefungen zwischen den Wellen sehr eng. Hierdurch wird ein Teil der herabfließenden Milch durch Kapillarattraktion festgehalten, durch die nachfließende Milch aber teilweise wieder mit fortgerissen, so daß der abwärts gehende Strom, durch viele Hindernisse aufgehalten, sehr verzögert wird.

Fig. 1 u. 2. Lawrencescher Kapillarkühler.

Ein kleiner Kühlkasten von nur 27,5 cm Breite und 38 cm Höhe kühlte 4 Lit. Wasser von 62° in 1,5 Minute auf 15° ab, während 20 L. Kühlwasser von 14° den Apparat durchflossen.

Bei andern Kühlapparaten fließt die heiße Flüssigkeit durch Röhren (Kühlschlangen), während das Kühlwasser, in entgegengesetzter Richtung strömend, die Röhren umspült. Hierher gehört der bei Destillationsapparaten angewendete Liebigsche Kühlapparat (s. Destillation, S. 678), der im obern Teil die Dämpfe abkühlt und verdichtet und dann noch im untern Teil das Destillat kühlt.

Fig. 3. Nägelischer Röhrenkühler.

Beim Nägelischen Röhrenkühler (Fig. 3) ist ein langes, dünnwandiges kupfernes Rohr wiederholt gebogen, so daß ein Schlangenrohr mit mehreren gerade verlaufenden Teilen entsteht. Diese letztern stecken konzentrisch in weitern eisernen Röhren, die unter sich wieder durch Stutzen verbunden sind. Die heiße Flüssigkeit tritt bei c in das enge Rohr ein und verläßt es bei d, während das Kühlwasser bei a in das weite Rohr ein- und bei b austritt, also der Flüssigkeit in dem engen Rohr entgegenströmt. Man legt auch das vielfach gewundene Kühlrohr in einen flachen Kasten und bringt zwischen je zwei Windungen des Rohres eine von der Wandung des Kastens ausgehende Zunge an, so daß die an einem Ende des Kastens eintretende warme Flüssigkeit die Röhren, durch die in entgegengesetzter Richtung kaltes Wasser fließt, lange berührt. Das gleiche Resultat wird erzielt, wenn man die warme Flüssigkeit durch die Röhren und das Kühlwasser durch den Kasten fließen läßt. In diesem Falle kann man eine energischere Kühlung durch Anwendung von Eis erreichen.

Fig. 4. Zschockes Patentgradierwerk

Auch bei Röhrenkühlern kann man die Verdunstungskälte zur Anwendung bringen, indem man die warme Flüssigkeit von unten nach oben durch ein System horizontaler Röhren strömen läßt, während auf die oberste Röhre kaltes Wasser tropft, das, durch sägeartige Ansätze verteilt, alle Röhren gleichmäßig benetzt. Lediglich durch Verdunstungskälte wirkt der Siemenssche Treppenkühler, bei dem die warme Flüssigkeit (Maische) in einem kastenartigen Behälter in dünner Schicht über mehrere geneigt liegende Treppen fließt, während ein Ventilator einen kräftigen Luftstrom über die herabfließende Flüssigkeit bläst. Vgl. auch Tafel »Bierbrauerei«, S. III u. IV bei Art.

Fig. 5. Körtings Kühlapparat mit Streudüsen.

»Bier«. Auf Wärmebindung durch Verdunstung beruhen auch die Alcarrazas oder Kühlkrüge (s. d.), durch deren poröse Wandung beständig Wasser sickert und auf der Oberfläche verdunstet, so daß das in den Krügen enthaltene Wasser kühl bleibt. Da die Verdunstung mit der Oberfläche der Flüssigkeit wächst, so findet eine sehr energische Abkühlung statt, wenn man die Flüssigkeit zu Tropfen zerteilt in einem lustigen Raum herabfallen läßt. Hierauf beruht die Anwendung von Gradierwerken zum Abkühlen von Kondensationswasser, von Wasser, das bereits als Kühlwasser benutzt wurde und von neuem benutzt werden soll. Zschockes Patentgradierwerk (Fig. 4) besteht aus einem einfachen Gestell, das dicht mit Holzhorden belegt wird, anderen Flächen das Wasser in dünnen Schichten abfließt, um durch zahlreiche Tropfnasen auf die nächstfolgende Horde zu gelangen. Zwischen je zwei Horden sind Öffnungen vorhanden, die der Luft freien Zutritt gewähren. Das Wasser wird von 50–60° durchschnittlich auf Lufttemperatur gebracht. Auf Wärmeverbindung bei der Verdunstung beruht auch Körtings Kühlapparat mit Streudüsen. Hier wird das warme Wasser durch einen Dampfstrahl sehr sein verteilt und fällt abgekühlt in einen Behälter zurück. Man kann die Rohrleitung mit den Streudüsen über einem becken- oder kanalförmigen Wasserbehälter aufstellen (Fig. 5), oder bei beschränktem Raum in einem Turm (Fig. 6). Das warme Wasser wird mittels der Pumpe P der Streudüse D zugeführt; es spritzt in dem Lattenturm T auf und fällt in den Behälter zurück, aus dem es durch R nach dem Kaltwasserbehälter der Kondensatoranlage zurückfließt. Vgl. Rückkühlanlagen.

Fig. 6. Streudüsenkühlung im Turm.

Gase und Dämpfe werden abgekühlt, indem man sie durch Röhren leitet, die entweder nur von der Luft oder von kaltem Wasser umspült werden. Die Luftkühlung findet hauptsächlich in der Leuchtgasfabrikation und bei leicht verdichtbaren Dämpfen, z. B. bei der Quecksilber- und Zinkgewinnung, die Wasserkühlung bei Destillationen leicht flüchtiger Flüssigkeiten Anwendung. Bisweilen bringt man ein durch fließendes Wasser gekühltes Röhrensystem in einem Turm an und läßt die Dämpfe und Gase oben in den Turm ein- und unten austreten, so daß sie die kalten Röhren umspülen müssen. Eine sehr energische Abkühlung von Dämpfen wird auch erreicht, wenn man in den Behälter, den sie durchströmen, kaltes Wasser in seiner Verteilung einspritzt, so daß sich die kleinsten Teilchen des Wassers und des Dampfes innig miteinander berühren.

Soll in geschlossenen Räumen, Kellern etc. eine niedrige Temperatur erhalten werden, so ist hierauf schon bei der Anlage Rücksicht zu nehmen, um möglichste Unabhängigkeit von der Jahreszeit zu erreichen; außerdem wendet man Ventilationsvorrichtungen an, erreicht aber in allen Fällen nur eine Temperatur, die der mittlern Jahrestemperatur des betreffenden Ortes gleichkommt. Stärkere Abkühlung kann nur durch Anwendung von Eis erreicht werden, mit dem man an die Keller anstoßende Kammern füllt. Dadurch, daß man in letztern das Eis höher aufschichtet, als der Scheitel des Kellergewölbes reicht, erzielt man eine kontinuierliche Luftströmung, indem die kalte Luft herabsinkt und die wärmere Luft in den Eisraum oder zu den Ventilationsöffnungen hinausdrängt. Am vorteilhaftesten lagert man das Eis unmittelbar über dem Keller und zwar nach Brainards System auf gewelltem Metallblech, so daß eine möglichst große Kondensationsfläche entsteht. Unter den Kanten des Bleches sind kleine Rinnen befestigt, in denen sich aus den im Keller enthaltenen Dämpfen kondensiertes Wasser sammelt, das zusammen mit dem Schmelzwasser des Eises abfließt und anderweitig zum K. benutzt wird. Die Temperatur eines solchen Kellers beträgt konstant 4–5°. Über die Kühleinrichtungen mit Hilfe von Kälteerzeugungsmaschinen s. d. Vgl. Hausbrand, Verdampfen, Kondensieren und Kühlen (2. Aufl., Berl. 1899).