Absorptionskühlschrank

Ein Absorptionskühlschrank erzeugt Kälte aus Wärme. Flüssiges Ammoniak siedet im kalten Raum und entzieht den Lebensmitteln Wärme; Wasser nimmt dann den Dampf auf, und eine Flamme oder ein elektrisches Heizelement treibt das Ammoniak wieder aus dem Wasser, damit der Kreislauf von vorn beginnt. Ferdinand Carré ließ sich 1859 in Frankreich eine Maschine patentieren, die mit Ammoniak und Wasser arbeitete. Eine kontinuierliche Bauart ohne bewegliche Teile, 1922 in Stockholm erfunden, kühlt bis heute Wohnwagen und Boote.

Was es ist

Ein Absorptionskühlschrank kühlt einen Raum mit Wärme statt mit einem Motor. Wie jede Kältemaschine lässt er im kalten Raum eine Flüssigkeit sieden, die den Lebensmitteln Wärme entzieht, und macht den Dampf außerhalb wieder flüssig. Eine Kompressionsmaschine erledigt das mit einer Pumpe. Eine Absorptionsmaschine nutzt eine zweite Flüssigkeit, die den Dampf aufnimmt, und eine Flamme oder ein elektrisches Heizelement, das ihn wieder austreibt. In Kühlschränken besteht das Paar aus Ammoniak, das siedet, und Wasser, das es aufnimmt; Klimaanlagen verwenden häufiger Wasser mit einer Lithiumbromidlösung.

Die einfachste Form ist ein periodisch arbeitendes Gerät aus zwei Stahlbehältern, die ein Rohr verbindet, von der Art, wie Crosley es ab Ende der 1920er Jahre in den Vereinigten Staaten als Icy Ball verkaufte. Es wird zum Laden erhitzt und kühlt danach einen Schrank, bis es wieder geladen werden muss. Kontinuierliche Absorptionskühlschränke, ständig von einer kleinen Flamme oder einem elektrischen Heizelement beheizt, werden noch heute für Wohnwagen und Boote gebaut, wo sie lautlos mit Gas oder Strom laufen.

Der Kreislauf eines Absorptionskühlschranks ist ein verschlossener Stahlbehälter, der Ammoniak unter Druck enthält. Ammoniak ist giftig und brennbar: In hoher Konzentration verätzt es Augen, Haut und Lunge und kann tödlich sein. Öffnen, durchbohren, erhitzen, befüllen oder reparieren Sie einen solchen Kreislauf niemals, weder an einem alten Kühlschrank noch an einem Sammlerstück; überlassen Sie das Fachleuten der Kältetechnik. Ein Kühlschrank mit Gas- oder Petroleumflamme kann Kohlenmonoxid abgeben, das weder Farbe noch Geruch hat. Betreiben Sie ihn nur dort, wo er dafür eingebaut ist, mit zum Wohnraum hin abgedichteter Rückseite und freiem Abgasrohr und freien Lüftungsöffnungen, und benutzen Sie einen tragbaren Gaskühlschrank nie in einem Zelt, einem geschlossenen Fahrzeug oder einem unbelüfteten Raum.

Wie es funktioniert

Wasser nimmt Ammoniakgas sehr bereitwillig auf, eine Eigenschaft, die Joseph Priestley bemerkte, als er 1774 Ammoniak isolierte. Kaltes Wasser kann viel davon halten; erwärmt man die Lösung, entweicht das Gas wieder. Ein Absorptionskühlschrank nutzt diesen Unterschied in jedem Kreislauf zweimal, einmal, um das Ammoniak aus dem Wasser zu treiben, und einmal, um es zurückzunehmen.

Ein periodisch arbeitendes Gerät arbeitet in zwei Abschnitten. Zuerst treibt Wärme das Ammoniak aus der starken Lösung in einem Behälter aus, und der Dampf gelangt in einen zweiten Behälter, wo er durch Kühlung flüssig wird. Ist der erste Behälter wieder kühl, nimmt seine schwache Lösung den Ammoniakdampf wieder auf. Der Druck sinkt, sodass das flüssige Ammoniak im zweiten Behälter bei niedriger Temperatur siedet und seiner Umgebung Wärme entzieht. Ist alles Ammoniak ins Wasser zurückgekehrt, muss das Gerät erneut erhitzt werden.

An der Rückseite eines gasbeheizten Absorptionskühlschranks treibt eine kleine Flamme unter dem Kocher den ganzen Kreislauf an.

Ein kontinuierlicher Kühlschrank führt dieselben Schritte gleichzeitig aus, jeden in seinem eigenen Teil eines einzigen verschlossenen Kreislaufs. Eine kleine Flamme oder ein elektrisches Heizelement erwärmt den Kocher, in dem das Ammoniak die Lösung verlässt; die aufsteigenden Blasen heben die Flüssigkeit in einem engen Rohr nach oben, sodass die Lösung ohne mechanische Pumpe umläuft. Der Ammoniakdampf kondensiert in Rohren an der Rückseite des Schranks, fließt in den Verdampfer im Inneren und siedet dort. Die schwache Lösung, die durch den Absorber herabrinnt, nimmt den Dampf wieder auf und kehrt zum Kocher zurück. Der Kreislauf enthält außerdem Wasserstoff. Der Gesamtdruck ist überall etwa gleich, doch im Verdampfer senkt der Wasserstoff den Partialdruck des Ammoniaks, sodass das flüssige Ammoniak bei niedriger Temperatur in ihn hinein verdunstet. Im Absorber nimmt das Wasser das Ammoniak aus dem Gas auf, und der Wasserstoff, der nicht absorbiert wird, strömt zum Verdampfer zurück. Ohne Ventil und ohne Pumpe hat der Kühlschrank überhaupt keine beweglichen Teile.

Geschichte und Entwicklung

Leslies Versuch: Unter der Glocke nimmt eine Schale Schwefelsäure den Dampf aus einer Tasse Wasser auf, bis das Wasser gefriert.

1810 brachte John Leslie mit einer Luftpumpe Wasser zum Gefrieren und nutzte dabei eine große Fläche konzentrierter Schwefelsäure, die den Wasserdampf aufnahm, sobald er entstand. 1813 hielt William Hyde Wollaston fest, dass die Säure Leslie die sehr große Pumpe ersparte, die ein Vakuum allein erfordert hätte. Ferdinands Bruder Edmond Carré baute später ein Gerät, das Karaffen mit Wasser oder Wein mithilfe von Wasser und Schwefelsäure kühlte.

Der französische Ingenieur Ferdinand Carré (1824–1900) erhielt 1859 ein französisches Patent auf eine Absorptionsmaschine, die mit in Wasser gelöstem Ammoniak Eis herstellte; der Historiker R. P. Multhauf datiert die Maschine selbst auf 1858. Sie verband zwei Behälter durch ein Rohr, erhitzte den einen, um das Ammoniak auszutreiben, und kühlte den anderen, um es zu verflüssigen, und ging im folgenden Jahr in Serie. Sein amerikanisches Patent von 1860 nennt mehrere Arbeitsstoffpaare, darunter Ammoniak und Wasser, und beschreibt den beheizten Behälter, das zweite Gefäß in kaltem Wasser und die „intensive Kälte“, die einsetzt, sobald die Absorption beginnt. Carrés Maschinen blieben bis Anfang des 20. Jahrhunderts in Gebrauch, dann verdrängten sie Kompressionsmaschinen.

Augustin Mouchots Sonnenreflektoren bündelten das Sonnenlicht auf einen Kessel in ihrer Mitte.

Auf der Pariser Weltausstellung von 1878 stellte Augustin Mouchot mit einer Ammoniakmaschine von Carré, die gebündeltes Sonnenlicht beheizte, Eis her.

1922 stellten zwei Ingenieurstudenten der Königlichen Technischen Hochschule in Stockholm, Baltzar von Platen und Carl Munters, einen kontinuierlichen Absorptionskühlschrank vor, der mit Strom, Gas oder Petroleum laufen konnte. Dometic datiert sein Patent auf 1923. Die schwedische Firma Arctic kaufte die Herstellungsrechte, und Electrolux kaufte dann Arctic. Electrolux datiert seinen ersten Absorptionskühlschrank auf dem Markt auf 1925, die ASHRAE das gasbeheizte Haushaltsmodell auf 1926, und Servel in Indiana verkaufte ihn in Nordamerika, bevor es ihn in Lizenz baute.

Im Juni 1927 meldete David Forbes Keith aus Toronto das periodische Gerät mit zwei Behältern zum Patent an, das die Firma Crosley aus Cincinnati als Icy Ball an Bauernhöfe ohne Strom verkaufte. Lautlose Absorptionskühlschränke werden bis heute für Wohnwagen und Boote gebaut.