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Vereinigter Dampferzenger und Wärmespeicher für Untersee- und Tauchboote od. dgl.
Für Unterseeboots-Dampflraftanlagen ist bisher vorgeschlagen worden, zur Überwasserfahrt einen Feuerdampfkessel und zur Unterwasserfahrt einen besonderen Wasserwärmespeicher zu verwenden, der bei der Überwasserfahrt einen Teil der erzeugten Dampfwärme in Form von Flüssigkeitswärme auf- speichert und diese bei der Unterwasserfahrt als gesättigten Dampf zum Betriebe der Dampfkraft- maschine abgibt.
Derartige Anlagen erfordern im Verhältnis zur Leistung viel Platz und Gewicht und die Wärmeausstrahlungsverluste und die damit verbundenen Nachteile und Unbequemlichkeiten sind infolge der grossen Oberflächen derartig bedeutende. dass es bisher nicht möglich war, damit den elektrischen Unterwasserbetrieb zu verdrängen. Die schon lange angestrebte Frage der Schaffung eines Einheitsmotors für Überwasser- und rnterwasserfahrt ist deshalb mit den bekannten Mitteln noch nicht praktisch zu lösen.
Durch nachfolgend beschriebene Erfindung sollen die vorerwähnten Nachteile beseitigt und ein
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von überhitztem Dampf bei Feuerungs-und Speicherbetrieb sowie gleichbleibender Dampfdn ek während des ersten Teiles der Entladezeit, geringe Wärmeausstrahlung, kleiner Platzbedarf und bedeutende Gewichtsersparnis - den elektrischen Unterwasserbetrieb zu beseitigen und dafür den Einheit-Dampfbetrieb einzuführen vermag. Erreicht wird dies dadurch, dass ein Wasserdampfkessel und ein mit einem schwerer siedenden
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Druck besitzen, beim Feuerungsbetrieb derart hintereinander in den Feuergasstrom geschaltet sind. dass die erste Wärme an den Wasserkessel zur Dampferzeugung bzw.
Wassererwärmung und der Rest. nach entsprechender Abkühlung der Feuergase, an den mit dem schwerer siedenden Stoff gefüllten Speicher- behälter übergeht. Die an den schwerer siedenden Stoff abgegebene Wärme wird sowohl beim Feuerungsbetrieb als auch beim Speicherbetrieb zum Teil zur Beheizung des Wasserkessels und zum Teil zur Überhitzung des entnommenen Dampfes benutzt. Die vorgesehene Führung der Feuergase ist notwendig. um den schwerer siedenden Stoff mild zu beheizen. damit ein Zersetzen desselben und das Ablagern einzelner seiner Bestandteile an den Heizflächen vermieden wird.
Der Wärmeinhalt eines Wasserwärmespeichers ist bekanntlich von der Temperatur des Wavers und von dessen Gewicht abhängig ; soll jener gross sein. so erfordert das sonst grosse, schwere Speicher- behälter von hohem Druck.
Bei der vorliegenden Erfindung erhält im Gegensatz hiezu der Wasserkessel höchstens eine der bei Speicherbetrieb verbrauchten Dampfmenge entsprechende Grösse, während der Behälter mit dem schwerer siedenden Stoff, je nach den gewählten physikalischen Eigenschaften des letzteren. selbst bei
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Abmessungen mit kleinster Wandstärke und geringstem Gewicht erhalten kann.
Verwendet man z. B. Öl als schwerer siedenden Stoff, dessen spezifische Wanne bekanntlich nur etwa halb so gross wie die des Wassers ist, dann ist dessen Wärmeinhalt, auf das Gewicht bezogen, bei der doppelten Arbeitstemperatur, worunter hier die zwischen der zulässigen höchsten und niedrigsten Speiehertemperatur vorhandene Temperaturdifferenz im Wasserbehälter verstanden ist, etwa so gross wie
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speichers für ein Tauchboot ist in beiliegender Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt, in Pfeilrichtung gesehen, einen Querschnitt nach 1-1, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den vereinigten Dampferzeuger und Wärmespeicher. In Fig. 3 ist eine Ansieht der hinteren Stirn- seite, in Pfeilrichtung gesehen, und in Fig. 4 eine Einzelheit dargestellt.
Der ganze lichte Bootsquerschnitt. der durch die Wand Z abgegrenzt wird, ist von der Kessel- anlage ausgefüllt ; als Strahlungsflächen für das Bootsinnere kommen nur noch die beiden Stirnwände in Betracht. Zur Verbindung der durch den Kesselspeicher getrennten Bootshälften ist ein Durchgang X vorgesehen. Die beiden Wasserdampfkessel-A sind als Dreiflammrohrkessel mit Innenfeuerung aus- gebildet. Der Dampfdruck ist zu 30 Atm., entsprechend 233C Wassertemperatur, gewählt. Der Behälter B, mit Öl als schwerer siedenden Stoff, fÜllt den übrigbleibende Bootsquerschnitt aus.
Die Wasserdampf- kessel ruhen mit einem Isolierzwischenraum C in zylindrischen flammrohrartigen Rohren D im unteren Teil des Ölbehälters, um den Schwerpunkt möglichst tief zu legen.
Man muss drei verschiedene Betriebsarten unterscheiden :
1. Feuerungsbetrieb bei Überwasserfahrt, wobei Dampf zum Betriebe einer Dampfkraftmaschine abgegeben wird ;
2. Feuerungsbetrieb zum Aufladen für den Speicherbetrieb bei Lnterwasserfahrt : 3. Speicherbetrieb bei Unterwasserfahrt.
An Hand der Zeichnung sollen die drei Betriebsarten beschrieben werden.
Die Wasserdampfkessel A werden im ersten Fall durch in den Flammrohren E angebrachte Öl- brenner beheizt und erzeugen wie gewöhnliche Kessel Dampf. Die Flammrohre werden zur Erzielung grosser Heizflächen mit verhältnismässig kleinem Durchmesser ausgeführt und zum guten Wasserumlauf mit Querrohren a ausgerüstet, die Feuergase treten nach Verlassen der Flammrohre durch die Rauch- kammern F mit etwa 600-700'nach den Heizrohren b des Ölbehälters B über, beheizen diesen und verlassen durch Rauchfang (7 und Schornstein Zf den Kessel bzw. das Boot. Zum Schutze der ersten
Heizflächen im Ölbehälter sind in Fig. 4 im grösseren Massstabe dargestellte Schutzrohre y in die Heiz- rohre b eingesetzt.
Die an das 01 übergehende Wärme wird zum Teil an den Überhitzer I, zum Teil an das Speisewasser abgegeben. Die Dampftemperatur wird annähernd auf die hochstzulässige Temperatur des Öles gebracht. Die Überhitzerschlangen sind stehend zwischen den Heizrohren b angeordnet, u. zw. wird ihnen der Dampf durch mit Schlitzen versehene Dampfentnahmerohre q der Wasserkessel, durch
Leitungen c, Sammelkammern d unten mit 233 C zugefÜhrt und oben durch Kammern e, Leitungen t und Ventile o mit etwa 340= entnommen, wenn man eine höchste Öltemperatur von 3500 zulassen darf,
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auch durch die Speise wasservorwärmung unten grösser ist als oben, so nimmt auch seine Temperatur von unten nach oben zu.
Zur Vermeidung zu starker örtlicher Erhitzung der oberen Ölmassen werden
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Die Dampferzeugung wird zweckmässig so geregelt, dass man, je nach Bedarf, eine Anzahl der Ölbrenner abstellt. Bei schwacher Dampferzeugung wird man nur je ein Flammrohr beheizen. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Feuergastemperatur nach Verlassen des Wasserkessels annähernd die gleiche Temperatur behält, was für die Beheizung des Ölbehälters besonders wichtig ist.
Die Temperatur der abziehenden Feuergase ist im Mittel etwa 330-3300 : denn in den oberen Rauchrohren kühlen sie sich durch den zu überhitzenden Dampf auf etwa 4000 und in den unteren Rohren auf 280-300 ab. Der Überhitzer ist sozusagen ein Qnerstrom-Flüssigkeitsüberhitzer.
Der Wirkungsgrad des Kessels ist bei der vorgesehenen, verhältnismässig niedrigen Abgastemperatur, und da auch die Ausstrahlungsverluste bei dem innigen Zusammenbau sehr gering sind, ein guter. Die Zuführung der Verbrennungsluft wird zweckmässig in bekannter Weise vorgenommen, indem man den ganzen Heizraum unter Druck setzt.
Der Feuerungsbetrieb zum Aufladen für den Speicherbetrieb, ohne Entnahme von Dampf und ohne Speisung, wird in ähnlicher Weise vorgenommen, wie vorstehend geschildert. Das Ventil o ist jetzt geschlossen. Da sich jedoch der Wasserkessel schneller aufheizt als der Ölbehälter, so wird ein Teil der erzeugten Dampfwärme mittels der Überhitzerheizflächen J an das Öl übertragen. Zu diesem Zweck werden Ventile p geöffnet, der Dampf steigt nach den oberen Sammelkammern e, schlägt sich in den Überhitzerschlangen nieder und tritt durch Kammern d, Leitungen c nach den'Wasserkesseln als Kondensat zurück. Auf diese Weie ist die ganze Ölmasse bis auf die dem höchsten Dampfdruck entsprechende Flüssigkeitstemperatur aufzuheizen.
Zur Steigerung der Öltemperatur auf den höchstzulässigen
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Betrag, das man zweckmässig mit Nachladen bezeichnet, muss man die weitere Beheizung unter dampe- entnahme, gegebenenfalls unter Ausschaltung der Überhitzung und Speisewasservorwärmung vornehmen. oder man muss durch eine'andere mild wirkende'Wärmequelle möglichst nur den Ölbehälter beheizen.
Beim Speicherbetrieb bei Unterwasserfahrt wird, wie in dem zuerst geschilderten Betriebszustand der Dampf durch Entnahmerohre q den Wasserkesseln entnommen und durch e-d-I-''Leitungen/ und Ventile o zur Dampfkraftmaschine geleitet. Die Überhitzungswärme wird dem Ölbehälter entnommen.
Um den Dampfdruck im Wasserkessel möglichst lange auf der vollen Höhe zu erhalten, wird dun. 1t Leitungen i-, Ventile s-Ventile t in Leitungen m sind geschlossen-das Öl von Pmnpe angefügt und durch Leitungen ssi und Ventile b1 nach den Rohrschlangen L des'Wasserkessels gedrückt. von wo es durch Leitungen M nach dem Ölbehälter B zurückfliesst. Die Ölwärme wird dabei zur Wasserverdampfung an das Kesselwasser abgegeben.
Gewöhnlich werden bei Speicherbetrieb die Wasserkessel nicht gespeist, sondern der Dampf dem vorhandenen Wasserinhalt entnommen ; muss aber aus irgendeinem Grunde der Speicherbetrieb länger aufrechterhalten werden als der Wasservorrat ausreicht, so kann man auch die Speisung wie bei Feuerungsbetrieb durch gjr-A-t-k bewerkstelligen. Bei Verwendung von kaltem Speisewasser lässt sich die Temperatur der unteren Ölschichten bis unter die dem niedrigsten Dampfdruck entsprechende Wassertemperatur herabziehen.
Ist der vereinigte Dampfkessel und Wärmespeicher voll aufgeladen und ist weder die Feuenm im Betrieb, noch wird Dampf entnommen ein Betriebszustand, der vorkommen kann. wenn man da" U-Boot zur Überwasser-Marschfahrt mit einem Verbrennungsmotor versieht-dann würde bei ungenügender Isolierung der Dampfdruck durch die Wärmeausstrahlung bald heruntergehen. Auch von
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strahlungsflächen sind auf diese Weise vermieden. Ausserdem ist die ganze Anlage, auch der Gang durch den Ölbehälter mit einem unter Luftleere stehenden Behälter 0 umgeben. dessen Wände auf der Innenseite noch mit blanken Strahlungsflächen z bekleidet sind. Die Heizrohre. Verbindungsleitungen usw. sind durch verschliessbare Öffnungen zugänglich.
Sämtliche Verbindungen zwischen den inneren Behältern und dem kälteren, unter Luftleere stehenden Isolationskessel, sowie mit dem Schornstein sind elastisch.
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können.
Der von den Bootsspanten gebildete Raum P wird als Speisewasserbehälter benutzt. Eine Isoliersehieht Q vermindert weiter den Wärmeverlust.
Die heissen Abgase des Verbrennungsmotors werden bei Überwasserfahrt mit Vorteil zum Ersatz
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von wo sie durch die Heizrohre b nach dem Rauchfang G entweichen.
Ist die Wärme der Abgase der Verbrennungsmaschine grosser als zur Beseitigung der Strahlung- verluste erforderlich ist, was man durch entsprechende Bemessung des Verbrennungsmotors in der Hand hat, so kann man diese auch zum Nachladen des Ölbehälters verwenden.
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so gut wie ausgeschlossen sind. Wollte man zur Kühlung kalte Frischluft verwenden, so würde damit ein Wärmeverlust verbunden sein.
Durch vorliegende Erfindung ist ein vereinigter Dampferzeuger und Wärmespeicher, auch Kesselspeicher genannt, angegeben, den man als die Lösung der Frage des Einheitsdampfkessels tür Überwasser- und Unterwasserfahrt von Untersee-und Tauchbooten ansehen kann. Die Erfindung lässt sich auch für andere Dampfbetriebe verwenden, in welchen zeitweise ohne Feuerung gearbeitet werden muss. z. B. für Lokomotiven, welche zeitweise durch Tunnel oder durch feuergefährliche Strecken fahren.
PATENT-ANSPRÜCHE:
1. Vereinigter Dampferzeuger und Wärmespeicher für Untersee-und Tauchboote od. dgl., dadurch
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od. dgl.) gefüllter Speicherbehälter beim Feuerungsbetrieb derart in den Feuergasstrom geschaltet sind. dass die erste Wärme an den Wasserkessel und der Rest nach entsprechender Abkühlung der Feuergase an den mit dem schwerer siedenden Stoff gefüllten Behälter übergeht.
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United steam generator and heat storage for submarines and submersibles or the like.
For submarine steam power plants, it has been proposed so far to use a fire steam boiler for overwater travel and a special water heat storage device for underwater travel, which stores part of the steam heat generated in the form of liquid heat when traveling above water and stores this as saturated steam for operating steam power when traveling underwater - machine delivers.
Such systems require a lot of space and weight in relation to the power and the heat radiation losses and the disadvantages and inconveniences associated therewith are so significant due to the large surfaces. that it was previously not possible to use it to displace electrical underwater operation. The question of creating a standard motor for surface and underwater travel, which has long been sought, cannot therefore be solved in practice with the known means.
The invention described below is intended to eliminate the aforementioned disadvantages and provide a
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of overheated steam in furnace and storage operation as well as constant steam dn ek during the first part of the discharge time, low heat radiation, small space requirement and significant weight savings - is able to eliminate the electrical underwater operation and instead introduce the unit steam operation. This is achieved by having a steam boiler and one with a higher boiling point
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Have pressure, are connected in series in the firing gas flow during firing operation. that the first heat to the water boiler for steam generation resp.
Water heating and the rest, after the fire gases have cooled down accordingly, are transferred to the storage container filled with the higher-boiling substance. The heat given off to the higher-boiling substance is used both in the firing mode and in the storage mode in part to heat the water boiler and in part to overheat the extracted steam. The intended routing of the fire gases is necessary. to gently heat the heavier boiling material. so that a decomposition of the same and the deposition of individual of its components on the heating surfaces is avoided.
The heat content of a water heat storage tank is known to depend on the temperature of the waver and its weight; should that be big. This would otherwise require large, heavy storage tanks with high pressure.
In the present invention, in contrast to this, the water boiler is given at most a size corresponding to the amount of steam consumed during storage operation, while the container with the higher-boiling substance, depending on the selected physical properties of the latter. even at
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Dimensions with the smallest wall thickness and lowest weight can be obtained.
If you use z. B. Oil as a heavier-boiling substance, whose specific tub is known to be only about half as large as that of water, then its heat content, based on weight, is twice the working temperature, including the temperature difference between the maximum and minimum permissible storage temperatures is understood in the water tank, about as large as
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memory for a diving boat is shown in the accompanying drawing.
Fig. 1 shows, seen in the direction of the arrow, a cross section according to 1-1, Fig. 2 shows a longitudinal section through the combined steam generator and heat storage. FIG. 3 shows a view of the rear end face, seen in the direction of the arrow, and FIG. 4 shows a detail.
The whole clear boat cross-section. that is delimited by wall Z is filled in by the boiler system; only the two end walls come into consideration as radiation surfaces for the interior of the boat. A passage X is provided to connect the boat halves separated by the boiler storage. The two steam boilers-A are designed as three-flame tube boilers with internal firing. The vapor pressure is selected to be 30 atm., Corresponding to 233C water temperature. The container B, with oil as a heavier boiling substance, fills the remaining boat cross-section.
The steam boilers rest with an insulating space C in cylindrical flame tube-like tubes D in the lower part of the oil container in order to keep the center of gravity as low as possible.
There are three different modes of operation:
1. Firing operation when traveling above the water, with steam being given off to operate a steam engine;
2. Firing operation for charging for storage operation during underwater travel: 3. Storage operation during underwater travel.
The three operating modes should be described using the drawing.
In the first case, the steam boilers A are heated by oil burners installed in the flame tubes E and generate steam like ordinary boilers. The flame tubes are designed with a relatively small diameter to achieve large heating surfaces and are equipped with cross tubes a for good water circulation; after leaving the flame tubes, the fire gases pass through the smoke chambers F at about 600-700 'to the heating tubes b of the oil tank B. this and leave the boiler or the boat through the chimney (7 and chimney). To protect the first
Heating surfaces in the oil tank are inserted into the heating tubes b in FIG. 4, shown on a larger scale.
The heat transferred to the 01 is partly transferred to the superheater I and partly to the feed water. The steam temperature is brought approximately to the highest permissible temperature of the oil. The superheater coils are arranged standing between the heating pipes b, u. Between them, the steam is passed through slotted steam extraction pipes q of the kettle
Lines c, collecting chambers d at the bottom with 233 C and at the top through chambers e, lines t and valves o with about 340 = removed, if a maximum oil temperature of 3500 is allowed,
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is also greater at the bottom than at the top due to the food water being preheated, its temperature also increases from bottom to top.
To avoid excessive local heating of the upper oil masses
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The steam generation is expediently regulated in such a way that a number of the oil burners are switched off as required. If the steam generation is weak, only one flame tube will be heated. In this way it is possible for the flue gas temperature to remain approximately the same temperature after it has left the water boiler, which is particularly important for heating the oil container.
The average temperature of the evacuating fire gases is about 330-3300: because in the upper smoke tubes they cool down to about 4000 due to the steam to be superheated and in the lower tubes to 280-300. The superheater is, so to speak, a flow-type liquid superheater.
The efficiency of the boiler is good at the intended, relatively low exhaust gas temperature, and since the radiation losses are very low with the intimate assembly. The supply of the combustion air is expediently carried out in a known manner by putting the entire boiler room under pressure.
The firing operation for charging for storage operation, without removing steam and without feeding, is carried out in a similar manner as described above. The valve o is now closed. However, since the water boiler heats up faster than the oil tank, part of the steam heat generated is transferred to the oil by means of the superheater heating surfaces J. For this purpose, valves p are opened, the steam rises to the upper collecting chambers e, precipitates in the superheater coils and passes back through chambers d, lines c after the water boilers as condensate. In this way the entire oil mass is to be heated up to the liquid temperature corresponding to the highest vapor pressure.
To increase the oil temperature to the maximum permissible
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The amount, which is appropriately referred to as reloading, must be used for further heating by removing the lamp, if necessary by switching off overheating and preheating of the feed water. or you only have to heat the oil container using another, mildly acting heat source.
When operating underwater storage tanks, as in the operating state described first, the steam is withdrawn from the boilers through extraction pipes q and passed through e-d-I - '' lines / and valves o to the steam engine. The overheating heat is taken from the oil tank.
In order to keep the steam pressure in the kettle at full height for as long as possible, dun. 1t lines i-, valves s-valves t in lines m are closed - the oil from Pmnpe is added and pressed through lines ssi and valves b1 to the coils L of the water boiler. from where it flows back through lines M to the oil tank B. The oil heat is transferred to the boiler water to evaporate the water.
Usually the water boiler is not fed with storage operation, but the steam is taken from the existing water content; but if, for whatever reason, the storage operation has to be maintained longer than the water supply is sufficient, the supply can also be carried out by gjr-A-t-k, as in the case of combustion operation. When using cold feed water, the temperature of the lower oil layers can be reduced to below the water temperature corresponding to the lowest steam pressure.
Is the combined steam boiler and heat accumulator fully charged and neither the fire is in operation, nor is steam extracted, an operating state that can occur. if the submarine is provided with an internal combustion engine for crossing the water, then the steam pressure would soon go down due to the heat radiation if there was insufficient insulation
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radiation surfaces are avoided in this way. In addition, the entire system, including the passage through the oil tank, is surrounded by a vacuum tank 0. the walls of which are still covered with bare radiation surfaces on the inside. The heating pipes. Connection lines etc. are accessible through closable openings.
All connections between the inner containers and the colder, evacuated isolation boiler, as well as with the chimney are elastic.
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can.
The space P formed by the boat frames is used as a feed water tank. An insulating layer Q further reduces heat loss.
The hot exhaust gases from the internal combustion engine are advantageously used as a replacement when sailing above water
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from where they escape through the heating pipes b to the flue G.
If the heat of the exhaust gases from the internal combustion engine is greater than is necessary to eliminate the radiation losses, which you have in your hand by appropriately dimensioning the internal combustion engine, you can also use this to recharge the oil container.
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are as good as impossible. If you wanted to use cold fresh air for cooling, you would lose heat.
The present invention provides a combined steam generator and heat accumulator, also called a boiler accumulator, which can be seen as the solution to the question of the unit steam boiler for overwater and underwater travel by submarine and submersible boats. The invention can also be used for other steam plants in which work has to be done temporarily without firing. z. B. for locomotives, which temporarily drive through tunnels or hot lines.
PATENT CLAIMS:
1. United steam generator and heat storage for submarine and submersible boats or the like
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od. The like.) Filled storage container are switched into the fire gas flow during firing operation. that the first heat is transferred to the kettle and the remainder, after the fire gases have cooled down accordingly, to the container filled with the higher-boiling substance.