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Anlage zur Verflssigung von Wasserstoff.

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R. Hilsch. Anluge
AmLage
xsct.
ZUT
Verfliisbigung oolt Wasserstoff
165
V@cle&gwng von Waeeeretoff
V m R. E d l s c h
(Mit 3 Abbildungen)
5 I.
Einleitung
lhir verechiedene optische und elektrische Arbeiten dee Erlanger
Physikalischen Institub ist die Erreichung tiefater Temperaturen
wichtig geworden. Die Gesichtspuhkte fur den Bau der notwendigen
Einrichtungen dmch die Institntswerkstatt lanten: Einfache Bedienung ohne geechnlte Hilfskrite, geringer Verbrauch an fltiseiger
Luft, Heretellnng von Helium- und Wasserstoktemperaturen in maglichst knrzer Zeit. Diese Bedingungen sind fiir ein normales Inetitut,
in dem nicht ausschliefilich auf dem Kiiltegebiet gearbeitet werden
SOU, sehr wesentlich.
Eine Helinmverfllissigung nach der Methode von K a p i tzal),
die von W. MeiSnere) erheblich verbessert worden ist, nnd die
ohne Vorktihlung mit fllissigem Wasserstoff arbeitet, kam wegen des
gr06en Aufwandes nicht in Frage. AuSerdem ist flilesiger Wasaerstoff fiir Arbeiten bei Zwischenternperaturen notig nnd zum Vorkiihlen gr6Sere.r Masaen unentbehrlich. Der Verbranch an fliiseigem
Helium wiire vie1 zn gr06, wollte man etwa Versnchskarper nur
damit allein von 80° abs. bis zur Heliumtemperatur herunter knhlen.
Die Ferdampfungswiirmen gleicher Raumteile von Lnft, Wasseretoff
nnd Helium verhalten sich namlich wie 82: 12: 1. Die Verfltkssigung yon Helium nach der Expansionsmethode 9) ist sehr einfach
und vom Verfasser mit Esfolg benutzt worden: Die besonderen
Einrichtnngen daftir sollen spiiter beschrieben werden. In etwa
30 E n . lsesen sich die tiefsten Temperaturen erzielen. Es besteht
die Moglichkeit, innerhalb kurzer Zeit einen haufigen Wechsel
zwischen tiefsten nnd hohen Temperaturen vorzunehmen. Selbst
die VerAiissigung groSerer Mengen Helium liSBt sich durchflihren').
- .
1) Vgl. z. B. J. A. v a n L s m m e r e n , Technik der tiefen Temperaturen,
Berlin 1941.
2) W. MeiSn.er, Phya. Ztechr. 43. 9.261. 1942.
3) F. Simon, Actes dn VIIe Congrh International du F'roid. TheHague
1. S. 367. 1936.
4) A . H . C o o k e , B. V . R o l l i n and F. Simon, Rev. Scient. Inetr. 10.
S.251. 1939.
An&
166
t
h
e
Physik. 5. Folge. Band 42. 1942
E n e wichtige Voraussetzung ist nur der Besitz von fliissigem
WasserstofE
Ea ist also ein Vertliissiger notig, der alle Vorbilder besonders
durch kurze Anlaufzeit und geringen Gesamtverbranch an fliissiger
Luft iibertreffen mu&
Da der Tagesbedarf kaum 3 Liter fliissigen Wasserstoff erreicht,
kommt eine stihdliche Leistung von etwa 2 Liter in Frage. Dann
geniigt auch ein kleiner Kompressor und eine wenig 1eistungsfiIhige
Vorpnmpe zum Erniedrigen der Siedetemperatur der fliiasigen Luft.
Ein Vediisaiger kleiner Leistung wird vor allem wegen seiner kleinen
Wiirmekapazitgt nur geringe Mengen von fliissiger Luft zum Anlaufen verbrauchen. Ein nach den erforderlichen Qesichtspunkten
gebanter Vediiseiger wird im folgenden beschrieben. Die damit
erreichte Leistung wird mitgeteilt.
5 2.
Beeohmibung den neuen Wameretoffverfluwigere (Abb. 1)
Die Vorkiiblung des mit 140 Atm. (kg/cma) eintretenden Wasserstoffs geschieht im Vorkiihler A. Dieser Teil der Apparatur ist von
dem eigentlichen Verfliissiger B getrennt aufgebaut. A und B sind
durch Schraubdeckel I) vahum- und druckdicht verschlossen. An
den Deckeln Bind die Inneneinrichtungen, Gegenstromer, Ventile usw.
befestigt. Die iiuSeren Mantel sind aus Messingrohren (von l m m
Wandstiirke) hergestellt, die mit j e zwei gegeniiberliegenden Fenstern
F I nnd P2 aus eingekitteten Glasstreifen ausgestattet sind, um das
Innere von A und B durchblicken zu kijnnen. Die im Inneren enthaltenen zylindrischen, versilberten VakuummantelgefBSe aus Duranglas sind mit Sichtstreifen versehen, auf denen Volumeneinteilnngen
angebracht shd.
Nenartig iet die Herstellung der Gegenstromer G I und
6 2 in A. Als Bauelement wird ein schraubenformig gewelltes
Tombakrohr *) von .0,4 mm Wandstlirke verwendet. Seine A d e n und Innenwand ist mit j e einem gut anliegenden Neusilberrohr (0,4 mm Wandsttirke) verkleidet und verlotet. So entsteheo
zwei schraubedormige Rohre mit geringer Wiirmekapazitiit. I)er
au6ere Schraubenraum (6 m) aird fur den Riickstrom von nicht
verfltissigtem Wasserstoff, ein etwas kiirzerer Teil des inneren
1) Der New York-Hamburger Gummi-Waaren-Compagnie, Herrn Dr.
W. H o c h a t (Itt er , danke ich fir die uberlsseung von Dichtungeplatten aus
lederhartem Gummi (Perbunan Qualitiit 951). Sie wurden auch an anderen
Stellen mit gutem Erfolg verwendet.
2) h’ahtloaer Tombahchlauch (Nenndurchmeaer40) der Deutschen Waffenund Munitionefabriken A.-G. Berlin-Borsigwalde.
53f
R. Hilsch. Anlage
ZUT
Verjliiesigung urn Wa.s.serstoff
16'7
Schraubenrohres (5 m) fir den Gegenstrom von verdampfter flUesiger
Luft verwendet.
Der eintretende Wasserstoff von 140 at striimt in 4 Kupferrohren voii 2 x 1mm Durchmesser, die paarweise verdrillt in den
schraubenf6rmigen Rohrraumen des Tombakrohres verlegt sind. Die
4 Rohre werden am Ende des Gegenstromers G I zn einem Rohr
vereinigt, das zu 2 Dmckflaschen D aus Kupfer fihrt ( 2 5 ~ 2 0 m m
Durchmesser). Die darin enthdtene Adsorptionskohle befreit den
Hochdrnckwasseretoff von Vemnreinigung durch Lnft. Der in D
gereinigte und zngleich auf die Temperatur normal siedender fliissiger
Luft vorgekiihlte Wasserstoff stramt (vgl. Pfeilrichtung!) weiter in
das obere Ende des Gegenstromers G2, verls6t ihn, urn in Kontakt
mit A 2 anf die tiefere Temperatur abgepumpter fliissiger Luft gebracht zu werden. Die in A 2 nnter 0,l at abdampfende Lnft
kann im noch verbliebenen Innenraum des Tombakrohres ihre Kiilte
an die Austauscher G2 und G I abgeben. Der Auetausch wird durch
eine Schraubenflache W aus Neusilberblech eehr begtinstigt. Das
GefaS A 2 enthiilt einen Schwimmer, der rnit einem Standzeiger 2
verbunden ist. A 2 ist vor Wiirmezufuhr sehr gut geschiitzt, denn
der Raum zwischen 8 2 und C ist evakuiert (AdsorptionskohleKI).
Diwer Raum ist mit einer Rohrleitung verbunden, die zur vakuumdichten Verschraubung V und zum eigentlichen Verfliissiger B firhrt
(Kohle 122). In dieser Vakuumleitung verkuft auch das Rohr des
jetzt tiefgekfihlten Hochdruckwasserstoffs. tfber eine Konusverschraubung innerhalb V setzt sich das Rohr bis zum Anfang des Gegenstromers G 3 fort. Deeeen AuSenrohr besteht aus Neusilber i n einer
Lange von 2 m nnd hat 8 x 7,5 mm Durchmesser. Im Inneren
wird der Hochdruckwasserstoff von zwei verdrillten Kupferrohren
(2 x 1 mm Durchmesser) iibernommen. Das letzte 1 m lange Ende
von G 3 enthlilt eine ,,twisted tube" nach Nelson1) rnit diinner
Bleirohrummantelung. Ein Silberbronzerohr von 5 x 4 mm Durchmesser ist daftir bis anf 0,2mm lichte Weite plattgewalzt (Einlage
von Cellulosefilm) und nach Verdrillung auf 2 cm SteighShe amgegliiht worden. Der Wasserstoff wird am Ende von G 3 rnit Hilfe
von E entspannt. Das Expansionsventil E triigt einen kleinen Gasthermometerranm, der rnit Wasserstoffgtls geftillt und rnit einem
Vakuummeter verbunden ist. Es gibt mit seiner geeichten Teilnng
direkt die absolute Diisentemperatur an. Der Riickstrom des nicht
verflassigten Wasserstoffs erfolgt durch G 3 iiber eine KonusverschrauI) Vgl. 2. B. J. E. A h l b e r g , I. Estermsnn u. W. 0. L u n d b e r g , Rev.
Scient. Inatr. 5. 8.423. 1937 oder J. A. van Lammeren, a. a. 0.
168
Annalen der Physik. 5.Fo2ge. Band 42. 1942
lOcm
Abb. 1. M&et&bliche SchnittGeichnung eines Waeeemtoffvediieeigere.
(Nnrunweaentlich echematieiert)
R. Hilech. Anluge zur Vsrfliieeisung uon Wawrt3bfj
lW
bung innerhalb von V und dnrch G2 nnd GI zum Anstritt aas dm
Apparatnr.
Die Innenteile des Vedfiesigers sind leicht zugiinglich. Nsch
Lasen der Verschraubnng V konnen A und B getrennt und deiren
Deckel geiiffnet werden. Der Raum nm A 2 mit der Vakunmverbindung von A nach B mu6 nach ernentern 2-ensetzen
mit einer
Kapselpumpe einmal durch S3 ansgepnmpt werden. Sehr gotee
Vakuum ist dann dnrch die Kohle K I und K2 fiir dauernd gesichert.
GroSer Wert ist suf gute Weich- and Hartl6tungen gelegt wordem.
Im Laufe vieler Verflnseigungen iet keine emige Undichtigkeit a d
getreten. Zur Vorkiihlung kann unbesorgt flflssiger Banerstoff benutzt werden. Die "rennnng der Anlage in Vorkthler A und Vertliissiger B stellt daftir eine beeondere Sicherheitmndnahme dar.
Dae Stativ R kann zum Tra~bport lei& vom Boden gelbst
werden. Es triigt an seiner Sbule noch zwei echwenkbare Tieche,
die zur Aufnahme einer 6 Liter-Vorratdasche ftir fltiseige Lnft und
einer Flssche zum Abzapfen von fliissigem WasmtoE beetimmt eind.
Flir das Einfiillen von flliesiger Luft dnrch N1 in A 1 ist
ein oberdruck in der Vorrabflasche notig. A 2 kann einfach
Erkliisuccg zu Abb. 1:
A = Behfflter Mr den Vorkiihler bim, etwa 64*abe.; E L l3ehiiltkr f i i ~den Verfliiseiger von Waseeretoff; A1 = b u m fUr flUssige Luftnormaler Siedetemperatur
(1,s Liter faenend); A2 = Benm f i r flbsige Luft niedriger Siedetempemtur
(0,3 Liter faenend); 2 = Standseiger Mr fltiseige Luft in 8 2 ; B l = h e l raum Mr fliissigen Wasserstoff (bis l Liter faanend); Ql = Gegemtr6rner &t
T = 290° abe. bin etws 80ea h . ; G2'= V m e r iflr T = etwa 8ooabs.
bie etwa 64O abs.; G 3 = C)egen&omer ftir T = etwa 64O sbe. bis 3 3 O ah.;
W = S c h r a u b e n f l g l e h e n - A ~ ~ ~fiir
c h ~die unter verminderfem Dmak abdampfende Luft; G = Mantel aue Yeeeing, evakuiert mr h M o n von 43;
D = Drnekflaecben aus Kupfer, mit Adsorptionakohle geftiUt; F l , Fa=Bichtfenstei xur Beobachtung von A1 bzw. B l ; K l , E2 = Adeorptionslohle;
MI = ~berdruck-Unterdmckmeenerf i r h u m A ; M2 = &mlmck-UnterdruCtmeseer fUr Raum 8; S 1 = Bieherheitsventil 0,5 at0 fb h u m A; 52 = Sieherheiteventi1 0,5 atli fiir Banm B; 83 = Sicherheitsventit .ffir die V&uumrnantelverbindung von A nach B; N1 = Nadelventil sum Eiafflllen von flUa&r
Luft in A1 : N 2 = Nadelventil muq EinfUen von flbniger Luft in A2 a m 81;
N3 = Abzapfventil fiir fliissigen Waeseretoff; E = Erpansionsventi! ftir Hwhdrnekwaseeretoff; II = Vakuummantel-Heber aue ' Jenaer aereteglas 20 mm
Abzapfen von flibsigem Waeserstoff; T = WsssentoffgssthermometerL ~ P TBkssung der Temperatur am Expaneioneventil ; V = Vatanmdichte, amwinmder'nehmbue Verecluaubung der Behlilter A und B; 11 = HJteaativ (dimt mgleich ale "'riiger fiir Vorrataflaeche mit fliiseiger Luft und filr -he
mm
Ftfllen mit flbmgdm W~~erstoff)
170
Annakn dm Physik. 5. Folge. Band 42. 1942
durch Betatigung von N 2 aus dem Vorrat in A 1 aufgefiillt werden,
da in A 2 Unterdruck herrscht. Zum uberhebern aller fliissigen
Gase werden unversilberte Vakuumheber aus Jenaer Geriiteglse 20
verwendet, die durch kurze Schlauchstiicke rnit dem Verfliissiger
verbunden werdeti.
0 3. Einaelheiten zur Verfliieeigungeanlage
Far den Betrieb des Verfliissigers wird ein dreistuiiger Kompressor der Fa. Pokorny, Frankfurt a. M., Type 3 Z Z 4 a mit einer
Saugleistung von 12m3/h bei einer Drehzahl von lOOO/Min. in
direkter Kupplung n i t einem Drehstrommotor benutzt. Dieser
e
?
r-------i
-
Hochdruckleituog mit Ventil
Niederdruckleitung mit Ventil
Abb. 2. Schema eum Aufbau der gesamten Verfiussigungaanlage.
V = Verflfissiger, F = Vorrat fiir Hochdruckwaaaerstoff, Y I Vakuumpumpe,
G P Gaaometer, K = Kompressor, A = Hochdruckreiniger (mit Atzkalietiicken
geffillt), S = Sicherheitsventil, D = Druckminderventil, R = Strtimungsmesser
1_
Kompressor ist bis zu einem Enddruck von 250 at verwendbar, wird
aber normalerweise zum Verdichten des Wasserstoffs mit 140 at betrieben. Die tstsiichliche erreichte Fordermenge bei diesem Druck
b e t r w etwa 9m3/h. Der Kompressor hat infolge seiner hohen
Drehzahl 'geringen Raumbedarf. Die gemeinsame Grundplatte f iir
Kompressor mit Motor hat nur die Abmessung von 1 x 0,35 m.
Auf vollkoxhmene Dichtung wurde gro6e Sorgfalt verwendet.
Zum Druckausgleich ist in der Ansaugleitung ein Gasometer G
mit einem Fassungsvermogen von 0,9 ma eingeschaltet. Die weiteren
Einzelheiten der Rohranlage gehen aus Abb.2 hervor. P ist eine
Wiilzpumpe kleinsten Yodells der Fa. Leybold-Koln mit 10 ms/h
Saugleistung. Sie geniigt vollkommen, urn die fliissige Luft unter
einem Druck von etwa 0,l at sieden zu lassen. Sehr bequem ist die
Verwendung eines Stromungsmessers R 1) mit einer Einteilung von
1) Rotamesser der Fa. Rota-Aachen.
R. Hilsch. Adage zur Verfliissigung vim Wasserstoff
171
1-13ma/h in der Ruckleitung des entspannten Wasserstoffs, um
das Expansionsventil gut auf richtigen Durchfld einstellen und die
Leistung des Kompresgors jederzeit beurteilen zu konnen.
Die ganze Anlage findet in der HlUfte eines normalen Arbeitszimmers Platz. Sie braucht nur durch eine Person bedient zu
werden, ihr Betrieb ist nach kurzer Unterweimng auch durch einen
Anflinger moglich. Selbst wenn einmal Ventile falech betatigt werden
sollten, sind durch Sicherheitsventile und Signaleinrichtungen alle
Gehhren vermieden.
§ 4 Die Leietung der Verfliicmigangnaalage
Es ist bekannt, da6 die Ausbeute an verfliissigtem Wasserstoff
weitgehend von der erzielten Vorkiihltemperatur abbngt. Da reiner
fliissiger Stickstoff, mit dem leicht eine Temperatur von 63O abs.
erreicht werden kann, nicht zur Verfiigung st'eht, wird im allgemeinen
fliissiger Sauerstoff des Linde-Werkes in Ntirnberg zur Vorknhlung
verwendet. Man mu6 sich dann mit einer Temperatur von 72"abs.
und einer geringeren Ausbeute begniigeo. Der Verbrauch an Vorktihlfliissigkeit, dem Volumen nach gemessen, ist aber bei fltissigem
Sauerstoff am geringsten, da ex einen gr06eren Kiilteinhalt als
fliissige Luft oder flthiger Stickstoff besitzt.
Ein quantitatives Bild der Leistungsfilhigkeit der Anlage gibt
Abb. 3 wieder. In diesem MeSbeispiell) beginnt die Verfltissigung
des Wasserstoffs nach 9 Min. (Kurve a), gerechnet vom Zeitpunkt
der Inbetriebnahme der Anlage von Raumtemperatur. Die kleine
Anlaufzeit kommt wesentlich dadurch zustande, daS man den expandierten Wasserstoff anfanglich etwa 5 Min. lang zum .groBten Teil
aus dem Geftis B direkt (aus einem Abzweig des Rohres bei SZ,
in die Saugleitung des Kompressors eintreten liiSt. Dann werden
also die Gegenstromer auf dem Rtickweg h u m dnrchstrbmt.
Der stationiire Betrieb ist bald ei-reicht. Lm 'VeAiissiger werden
d a m sttindlich 2,OO Liter flussiger Wasserstoff erzeugt. Die Vorknhltemperatur betriigt dabei 72O abs. Wilhrend der Messung ist d a h
gesorgt, da6 der Stand des fliissigen Sauerstoffs in A 2 konstant
bleibt. Durch gesonderte Messung hat sich die Forderleistung des
Kompressors in diesem Fall zu 9,2 m3/h (bei 20° und 740 mm Hg)
ergeben. Demnach werden stiindlich von 0,75 kg Wasserstoff 0,142 kg,
also 19O/, verfliissigt (Dichte des fliissigen Wasserstoffs 0,071 g/cmT.
1) Es ist gewiihlt worden, weil mit fliiaeigem Sauerstoff eine definierte
Vorkiihltemperatur enielt werden kann. Fliieeige Luft iet fur MeSzwecke.
wenig geeignet, da im ,Laufe des Vereuche eine Anreicherung dee fliimigen
Sauerstoffe eintreten wlirde.
172
A m d e n det Physik. 5. F o e . Band 42. 1942
h a ist etwa 0,s des Betragee, der aich nach dem Enthalpiediagramm dee Wasamhffa berechnen last.
Nach K m e b (Abb. 3) betrSgt der Anlaufverbrauah von flittnigem
Saueretoff nur 1,l Liter, tmtzdem die recht groBe M a m der beiden
Eupferflaechen D mit der Adsorptionskohle abge)cahlt werden md.
J e Liter erz-n
flihigen Waeeeratofla wird 1,OoLiter flilasiger
Saueretoff verbraucht'). Der nach den WSinnediagrammen dee
Wasseratoffe datnr berechnete erforderliche Betrag ist nm 70°/,
kleiner. Der gr6Sem Verbrauch d u t vor allem von einem Temperatnrunterschied von 170 am oberen Ende des Gegenstri5mers her.
Abb. 3. Zur Meeemg der Leietnng des Wameretoffvedii.sigere.
Kurve a : Zeitliche Zunahme den flilaeigen Weseeretoffe,
K l w e b: Zeitlicber Verbrauch an fliiesigem Sauerstoff.
Anfangadruck 140 at, Vorkiihltemperatnr 72O aba.
Dadurch werden dem Verflussiger rnnd 35 Kal/h K a t e entfiihrt.
Wiirde man den Qegenstromer GI wesentlich verliingern, 80 konnte
man dieeen Blteverlnst verhindern nnd den Verbrauch an fluasigem
Sauerstoff bie a d f a t 0,8 Liter je erzengten Liter fliissigen Wassershffe eenken. Davon ist jedoch abgesehen worden, um die WLrmekapazitzrt des Gegenstrtimera klein zu haltea Dies ist ftir die Erzielung einee geringen Anfangsverbrauches und einer kurzen Anlaufzeit des Verflthigers gllnstig.
1) Der Verlauf der K m e b iet mit Hilfe einer (fseuhr sehr p a n beatimmt aordm, die an den Anatrittaleitungen dee abdampfenden Sanmtoffe
cmgaseblomen war.
R. Hilack Adage mr Verfliisdgung wn Wamerstoff
173
Bei Verwendnng von fliissiger Luft (der Dichte. ,485 elom? zar
Vorhhlung in einem analogen Vemnch eind ebenfalla rand
der theoretischen Anebente erreicht worden. Mit einer Y o M temperatur von 64,5O abs. bei 140 at Anfangadrack werdm d a m
2,50 Liter fliissiger Wasserstoff stlindlich emen& (Dm sind %4,S0/,
bei einer Kompressorleistnng von 0,72 kg/h.) Det. Anfangeverbrench
a n fliiseiger Luft betrligt 1,2 kg und der Verbranch je Liter flflssigen
Wasserstoffs 0,98 kg.
Leider steht reiner fliissiger Stickstoff nicht zur V e r f w n g .
Uadurch konnte bei einer Vorkiihltemperatnr von 63O ab8. die
Fliissigkeitsansbeute der Anlage anf ungefahr 2,8 Liter/h gesteigert
werden. Mit einem leiatnqgsfahigeren Kompressor d m e der Verfltissiger auch noch mit etwa 4Literlh recht gut arbeiten, da der
Stromungswiderstand der Gegenstromer nnr einen uberdruck von
0,09 at im eigentlichen Verfliiseiger beim jetzigen Betrieb erzengt.
Der erzengte fliissige Wasserstoff wird in Vaknnmmantelflaschen
aus Glas (verknpfert, mit langem Hals) von 2Liter Inhalt fibergchllt. Der Verdampfungsverlust dnrch das tfberfiien h e w bei
nicht vorgekhhlten Flaschen 12O/, und liist sich durch Vorkiihlnng
auf 7,5O/, senken. Der Verlust in den Vorratsflaschen betriigt je
nach der Ftillung 30-50cm3 je Stnnde.
Zur Vertliissigung wird der sehr reine Wasserstoff der Fa. von
Heyden, Radebenl- Dresden verwendet. Meist ist anch normaler
Wasserstoff geeignet, da die Adeorptionskohle im Vorhhler Verunreinigungen durch LuR sehr gut zuruckhglt. Schwierigkeiten durch
Verstopfen der Rohre mit fester Luft treten nicht auf. Natiirlich
muB vor jedem Anlaufen der Anlage die in den DrucMasehen D
vom vorigen Betrieb gespeicherte Lnft beseitigt werden. Dies geschieht bei Raumtemperatur dulch Abblasen und anschliekndes
5 Minuter1 langes Auspumpen rnit der WAlzpumpe.
g 5. Verfluesigung o h m KompMor
Es sol1 noch besonders daranf hingewiesen werden, da6 sic$
der beschriebene Verfliissiger wegen seines guten Wirhngegradee
und geringen Verbrauches an fliissiger Luft eehr gut zum Betrieb
ohne Kompressor eignet. Eine normale Drnckflasche mit 6mS Inhalt und 150 at Anfangsdruck liefert durch Abblaaen anf 30at innerhalb 30-40 Minuten fast 1 Liter Fliissigkeit, wenn die Vorkuhltemperatur 64O betriigt. Uer noch verbleibende Flaacheninhalt kann
zum anfanglichen Dnrchstromen beim Vorkiihlen des Verfliissigers
im nachsten Versuch verwendet werden.
174
Alznalen der Physik. 5. Folge. Band, 42. 1942
5 6. Vergleich mit anderen Anlagen
Zum Yergleich werden in nachstehender Tabelle die Daten
einiger der besten groSeren Vediissiger zusammeniestellt. Es gibt
auch noch eine Anzahl kleinerer Verfliissiger, die aber infolge groBen
Verbrauchs an fliissiger Luft im Vergleich mit der neuen Anlage
vie1 zu ungiinstig abschneiden. So betriigt z. B. der Gesamtverbrauch
an fliissigem Stickstoff 15 Liter fur die Herstellung von 2,5 Liter
fliissigen Wasserstoffs in der Anordnung von Ahlbergl). Eine Reihe
von Kleinverfiiissigern findet man imBuch von J.A.van Lammerens)
znsammengestellt.
Zum besseren Vergleich sind siimtliche Angaben der Verfasser
auf Kilogramm Vorkllhlfliissigkeit umgerechnet, da der Kjllteinhalt
j e Kilogramm von der Art der Fliissigkeit fast unabhhgig ist.
Tabelle 1
Leistung verachiedener B Verflitseil r
A. Gijtz ?. Kapitza
Paaadena >ambridge R. Hilech
Ehlangen
3
9
Vertlitssigungsanlage
Erzeugter fliissiger
Waseerstoff in Lit./h
17
13,8
495
4
Anlaufzeit des Verfliissigers in Min.
30
30
30
40-50
Zum Anlauf des Verfliissi rn benijtigte
Kithl%asigkeit in kg
10
Stickstoff
-
10
Luft
4
Stickstoff
192
Luft
Je Liier fl. Waaserstoff benijtigte Menge
Kiihlflfiesigkeitin kg
0,80
Stickstoff
0,80
Stickatoff
192
Luft
0,82
Stickatoff
0,98
Luft
Vorkiihl temperafur
in O abs.
Verfliissigungagrad
in Ol0
63,5
63
< 63
64,5
25,2
28
21
24,6
etwa 67
22,3
2,5
9
Fur den vorliegenden Zweck , die Erzeugung von fliissigem
Wasserstoff in geringen Mengen von z. B. 3 Litern, die fur den Tagesverbrauch sogar nur selten in Frage kommen, sind alle GroSanlagen
also nicht geeignet, da der Gesamtverbrauch an fliissiger Luft zu
hoch liegt.
1) J. E. A h l b e r g , a. a. 0.
2) J. A. v a n L a m m e r e n , a. a. 0.
3) W. MeiSner, Ztschr. VDI. 76. S. 580. 1932.
4) H. K a m e r l i n g h Onnes, Comm. Leiden Suppl. 158.
5 ) A. Gijtz, Rev. Scient. Instr. 6. S. 217. 1935.
6) P. K a p i t z s u. J. D. C o c k c r o f t , Nature 79. S.224. 1932.
R. Hilsch. Anlage zur Verjliissigung won Wasserstoff
175
Es genugt in den meisten Fallen, die Anlage 45 Min. in Betrieb zu halten, wenn zur Vorkiihlung ffiissiger Sanerstoff verwendet
w i d . Nach dieser Zeit erhiilt man (im VorratsgefaB eingefiillt)
1 Liter fliitaigen Wasserstoff und hat insgesamt 2,4 Liter fliissigen
Sauerstoff dafdr verbraucht.
5 7. Zueclmmenfeaeung
Es wird eine Anlage zur Verfliissigung von Wasserstoff in allen
Einzelheiten beschrieben. Die stundliche Leistung mit kleinem
Kompressor erreicht bei einer Vorkiihlung auf 64,5O abs. 2,5 Liter.
J e Liter fliissigen Wasserstoffs wird im Endzustand eine Menge von
0,98 kg fllissige Luft verbraucht. Die Anlaufzeit betriigt 9 Min. und
der Anlaufverbranch 1,2 kg fliissige Luft. 9O0/, des theoretischen
Nutzeffektes werden erreicht.
Zum SchluB mochte ich gern fur manche Hilfe, die mir zuteil
wurde, meinen Dank aussprechen. Frl. Dr. L. E i s e n m a n n hat bei
der Berechnung der Gegenstromer geholfen. Herr Oberwerkmeister
K e l l e r hat sehr vie1 MUhe auf die Herstellung der Anlage verwendet. Der Helmholtz-Gesellschaft danke ich fur die Beschaffung
von zwei Walzpumpen, Herrn Direktor A n d e r l o h r der SiemensReiniger-Werke, Erlangen fiir den fortwahrend ermoglichten Transport von fliissigem Sauerstoff und den Vereinigten Sanerstoffwerken
der Linde-Werke A.-G. in Nurnberg fur die kostenlose Bereitstellung.
E r l a n g e n , Physik. Institnf der Universitat, im Oktober 1942.
(Eingegangen 37. Oktober 1942)
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