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Das Linde-Verfahren - Erklärung

Jeder macht davon Gebrauch, da es im Kühlsystem eines jeden Kühlschranks zum Einsatz kommt: das Linde-Verfahren. Aber kennen Sie es auch? Wissen Sie, worum es sich dabei handelt und was es genau bewirkt? Wenn Sie eine einfache Erklärung suchen, dann sind Sie hier genau richtig. Hier erfahren Sie, wie das Linde-Verfahren funktioniert und wo es zum Einsatz kommt.

Kühlsysteme verdanken wir Carl Linde.
Kühlsysteme verdanken wir Carl Linde. © Dieter_Schütz / Pixelio

Das Linde-Verfahren basiert auf dem Joule-Thompson-Effekt

Der Joule-Thompson-Effekt ist nach seinem Entdecker benannt. Dieser stellte fest, dass sich Gase oder Gasgemische, wenn sie eine sogenannte "Drosselung" erfahren und anschließend der auf sie ausgeübte Druck nachlässt, abkühlen. Hier eine plastische Erklärung:

  1. Stellen Sie sich vor, Sie lassen ein Gasgemisch mit einer Temperatur von ca. 20 °Celsius durch ein Rohr strömen.
  2. Nun verfahren Sie weiter, indem Sie dieses Gasgemisch mittels eines Druckventils drosseln. Das Druckventil sorgt dafür, dass das Gas sich vor dem Ventil zusammenstaut und nur in komprimierterer Form weiterströmen kann. Die Gasteilchenstruktur wird dichter. Als Folge davon erwärmt sich das Gasgemisch auf ca. 65 °Celsius.
  3. Nachdem das Gasgemisch nun das Druckventil durchströmt hat, ermöglichen Sie es ihm, sich in seinem weiteren Verlauf wieder auszudehnen, zu expandieren, da Sie im Anschluss an das Druckventil den ausgeübten Druck mindern. Die Teilchenstruktur dehnt sich und das Gasgemisch kühlt daraus resultierend stark ab. Eine Erklärung hierfür ist auch, dass sich das Gasgemisch bei weniger Druck entspannt. Diese Entspannung führt zur Abkühlung.
  4. Diesen Effekt können Sie bereits beim Gebrauch einer normalen Spraydose beobachten. Je länger Sie sprayen, desto kühler wird der Sprühkopf, an welchem sich das Spray ausdehnt.

Diesen Effekt nutzte später Carl Linde für sein nach ihm benanntes Linde-Verfahren, um Luft zu verflüssigen und diese anschließend in ihre Bestandteile zu zerlegen.

So führen Sie das Linde-Verfahren durch

Carl Linde hat für sein Verfahren den Joule-Thompson-Effekt mehrfach hintereinander gesetzt, um ein Gasgemisch immer weiter abzukühlen, bis es schließlich kondensiert, sich verflüssigt.

  1. Für das Linde-Verfahren müssen Sie zunächst entsprechend der oben angegebenen Erklärung des Joule-Thompson-Effektes vorgehen. Jedoch müssen Sie nun den erzielten Effekt zur Kühlung komprimierter Luft benutzen, um diese weiter abzukühlen.
  2. Stellen Sie sich also vor, Sie komprimieren wieder ein Gasgemisch, wie einfach nur unsere Luft, mittels eines Druckventils, sodass seine Temperatur ansteigt. Kühlen Sie nun diese komprimierte, wärmere Luft mithilfe der zuvor durch den Joule-Thompson-Effekt abgekühlten Luft vor der Expansion herunter, senken Sie also die Ausgangstemperatur für die Wiederholung dieses Effektes, wie Carl Linde es getan hat.
  3. Nun können Sie die komprimierte, heruntergekühlte Luft sich expandieren lassen, indem Sie den Druck absenken. Die Temperatur der Luft wird sich bei der Expansion und Entspannung wieder deutlich absenken.
  4. Führen Sie dieses Verfahren so oft nacheinander durch, bis Sie den sogenannten Siedepunkt der Luft erreicht haben. Dieser liegt bei -189 °Celsius - bei dieser Temperatur geht die Luft von einer gasförmigen Form in eine flüssige Form über.

Nach der Verflüssigung erfolgt die Fraktionierung

Die verflüssigte Luft kann nun in ihre Bestandteile zerlegt werden.

  1. Sie müssen die flüssige Luft nun wieder über den Siedepunkt hinaus erwärmen, sodass diese beginnt, zu verdampfen.
  2. Den Dampf fangen Sie im Destillationsverfahren wieder auf und lassen ihn kondensieren, sich also verflüssigen.
  3. Hierbei ist es wichtig, genau auf die unterschiedlichen Siedepunkte der jeweiligen Bestandteile der Luft zu achten, damit Sie auch wirklich immer nur einen Bestandteil verdampfen und kondensieren, um diesen zu extrahieren.

Erklärung zum Nutzen des Verfahrens

  • Das Linde-Verfahren wird in den heutigen Kühlschränken eingesetzt. Das verwendete Kühlmittel hat seinen Siedepunkt bei Temperaturen kurz unter dem Nullpunkt. Da im Kühlschrankinnenraum Temperaturen um 5 °Celsius herrschen, verdampft das Kühlmittel und der Umgebung, nämlich dem Kühlschrankinneren, wird Wärme entzogen. Das Kühlmittel wird aus dem Kühlschrank hinausgesogen und gedrosselt, mit einem Kompressor wird Druck auf das verdampfte Kühlmittel ausgeübt. Die dabei entstehende Wärme wird über die Kühlrippen an die Außenluft abgegeben.
  • Die nach den Linde-Verfahren fraktionierten einzelnen Bestandteile können gezielt eingesetzt werden. Argon, ein Bestandteil von Luft, wird in Glühbirnen und Feuerlöschern eingesetzt.

Allgemein hat Carl Linde es überhaupt ermöglicht, jedes Gasgemisch zu verflüssigen.

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