Vortexröhre

Das Wirbelrohr, auch bekannt als Ranque-Hilsch Wirbelrohr, ist eine Vorrichtung ohne bewegliche Teile, mit der sich Gas in einen heißen und einen kalten Strom aufteilen lässt. Unter Druck stehendes Gas wird tangential in eine Wirbelkammer eingeblasen und in eine schnelle Rotation versetzt (über 1.000.000 U/min). Der Gasstrom teilt sich aufgrund der hohen Fliehkräfte und weiteren noch nicht vollständig verstandenen Prozessen in einen äußeren warmen und einen inneren kalten Strom auf. Dabei entsteht ein charakteristisches, lautstarkes Pfeifen.

Das Wirbelrohr wurde 1933 von dem französischen Physiker Georges J. Ranque erfunden. Der deutsche Physiker Rudolf Hilsch verbesserte die Konstruktion und publizierte eine stark beachtete Veröffentlichung (siehe Quellen).

Wirbelrohre haben einen im Vergleich zu herkömmlichen Kühlverfahren sehr niedrigen Wirkungsgrad, werden jedoch für preiswerte Punktkühlung verwendet, wenn Druckluft verfügbar ist. Kommerzielle Modelle für industrielle Anwendungen können ein Temperaturgefälle von etwa 45 °C erzeugen.

Mit inkompressiblen Medien wie Flüssigkeiten funktioniert das Wirbelrohr nur stark eingeschränkt.

Quellen

• G. Ranque, Expériences sur la Détente Giratoire avec Prodctions Simultanées d'un Echappement d'air Chaud et d'un Echappement d'air Froid, J. de Physique et Radium 4(7)(1933) 112S.
• Rudolf Hilsch, The Use of the Expansion of Gases in A Centrifugal Field as Cooling Process, The Review of Scientific Instruments, vol. 18(2), 108-1113, (1947). translation of an article in Zeit. Naturwis. 1 (1946) 208.
• Rudolf Hilsch: Die Expansion von Gasen im Zentrifugalfeld als Kälteprozeß. In: Zf. f. Naturforschung, Bd. 1 (1946), S. 208-213
• H. C. Van Ness, Understanding Thermodynamics, New York: Dover, 1969, starting on page 53. A discussion of the vortex tube in terms of conventional thermodynamics.
• Mark P. Silverman, And Yet it Moves: Strange Systems and Subtle Questions in Physics, Cambridge, 1993, Chapter 6
• C. L. Stong, The Amateur Scientist, London: Heinemann Educational Books Ltd, 1962, Chapter IX, Section 4, The "Hilsch" Vortex Tube, p514-519.
• J. J. Van Deemter, On the Theory of the Ranque-Hilsch Cooling Effect, Applied Science Research 3, 174-196.
• Saidi, M.H. and Valipour, M.S., "Experimental Modeling of Vortex Tube Refrigerator", J. of Applied Thermal Engineering, Vol.23, pp.1971-1980, 2003.
• R.T. Balmer. Pressure-driven Ranque-Hilsch temperature separation in liquids. Trans. ASME, J. Fluids Engineering, 110:161–164, June 1988.

Weblinks

• G. J. Ranque's U.S. Patent (engl.)
• The Hilsch Vortex Tube - A Scientific American article from the late 1960s or early 1970s (engl.)
• Tim Cockerill's pages on the Ranque-Hilsch Vortex Tube, including his 1995 Cambridge University thesis on the subject, and a mailing list. (engl.)
• Vortex Wirbelrohr Kühler Hilsch-Ranque Vortex Tube physics demo (Deutsch)
• Oberlin college Hilsch-Ranque Vortex Tube physics demo (engl.)