DE2651871C2

DE2651871C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen

Info

Publication number: DE2651871C2
Application number: DE2651871A
Authority: DE
Inventors: Dolf-Dieter Dipl.-Ing. 8000 München Hofmann; Jakob 8021 Baierbrunn Oberpriller; Alfred Ing.(grad.) 5303 Bornheim Schuster
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1976-11-13
Filing date: 1976-11-13
Publication date: 1984-12-06
Also published as: US4237695A; DE2651871A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor

richtung zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen in einem von Kühlgasen durchströmten in zwei Kühlzonen unterteilten Kühlraum, bei dem die Gegenstände oder Stoffe in der ersten Kühizone durch einen ersten durch indirekten Wärmetausch mit einem verdampfenden Kältemittel gekühlten Kühlgasstrom vorgekühlt und nach der Vorkühlung in der zweiten Kühlzone mit einem zweiten aus einem flüssigen Kühlgas gewonnenen K ühlgasslxom weitergekühlt werden.

Ein derartiges Verfahren und eine solche Vorrichtung zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen, die bei Umgebungstemperatur nicht oder nur sehr schlecht zerkleinert werden können, ist bereits mit der deutschen Patentanmeldung P 25 55 578.6 vorgeschlagen worden.

is Bei dem aus dieser Patentanmeldung bekannten kombinierten Kühlverfahren wird der erste Kühlgasstrom im Gegenstrom zu den abzukühlenden Gegenständen oder Stoffen durch den Teil des Kühlraumes gefördert, den diese zuerst durchwandern, der zweite Kühlgasstrom am kalten Ende des Kühlraumes in diesen mit einer im Vergleich zu dem ersten Kühlgasstrom niedrigeren Temperatur eingeleitet und nach dem Wärmetausch mit den Gegenständen oder Stoffen mit dem ersten Kühlgasstiom innerhalb des Kühlraumes vermischt

Dieses kombinierte Kühlverfahren, bei dem zwei voneinander unabhängige Möglichkeiten zur Erzeugung der Kälte für die Kühlgase verwendet werden, hat den Vorteil, daß die benötigte Kälteleistung aus zwei voneinander unabhängigen Quellen in unterschiedlichen Teilen entnommen und damit den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden kann. Eine wirtschaftliche Bereitstellung großer Kältemengen ist dadurch gewährleistet. Bei der Anwendung dieser kombinierten Verfahrensweise hat es sich jedoch gezeigt, daß zwar die Temperaturverteilung entlang des Kühiraumes entsprechenden für die Abkühlung bestimmter Gegenstände oder Stoffe geforderten Werten eingestellt werden kann, daß aber für diesen Zweck ein wirtschaftlicher Einsatz von Kältemitteln insbesondere dann möglich ist, wenn bei der Vermischung der beiden Kühlgasströme in dem Kühlraum diese die gleiche Temperatur aufweisen. Dies kann aber nur dadurch erreicht werden, daß entweder die Anordnung der Vermischungszone der beiden Kühlgasströme innerhalb des Kühlraumes entsprechend den abzukühlenden Gegenständen oder Stoffen veränderlich ist und die Einleitung des ersten Kühlgasstromes in den Kühlraum an verschiedenen Stellen erfolgen kann, oder daß für die beiden Kühlgasströmc aufwendige Steuereinrichtungen eingesetzt werden.

V) Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, bei dem die Temperaturverteilung im Kühlraum exakt eingestellt werden kann und mit dem eine Anpassung des Abkühlverfahrens an die jeweils vorliegende Abkühlaufgabe in wirtschaftlich optimaler Weise gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der zweite Kühlgasstrom nach zumindest teilweisem Wärmetausch mit den Gegenständen oder Stoffen

to aus der zweiten Kühlzone abgezogen und dem ersten Kühlgasstrom vor dessen Kühlung durch indirekten Wärnietausch zugeführt wird.

Das Abziehen des zweiten Kühlgasstromes aus der zweiten Kühlzone nach mindestens teilweisem Wärme-

t>^r> tausch mil den Gegenständen oder Stoffen und das Vermischen der beiden Kühlgasströme außerhalb des Kühiraumes vor der Abkühlung des ersten Kühlgasslromes durch indirekten Wärmetausch weist bedeutende Vor-

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teile gegenüber dem eingangs beschriebenen Kühlver- sein.

fahren auf, bei dem die erforderliche Kälteleistung zwar Eine vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung auch aus zwei Kühlgasströmen gewonnen wird, bei dem zeichnet sich dadurch aus, daß in der Weiterkühlzone aber die beiden Kühlgasströme innerhalb des Kühlrau- des Kühlraumes an der mit dem Vorratsbehälter für mes für die Gegenstände oder Stoffe vermischt werden. 5 flüssiges Kühlgas in Verbindung stehende Zuleitung ei-Denn bei einer Vermischung der beidc-fl Kühlgasströme ne Sprüheinrichtung angeschlossen ist, die in Richtung außerhalb des Kühlraumes vor der Abkühlung des er- zur Vorkühlzone hin mehrere Sprühstellen aufweist sten Kühlgasstromes durch indirekten Wärmetausch Da auf diese Weise die abzukühlenden Gegenstände mit einem getrennt geführten, verdampfenden Kälte- oder Stoffe an einer oder mehreren Stellen in der Weimittel ist es für eine wirtschaftliche Anwendung des 10 terkühlzone mit flüssigem Kühlgas besprüht werden Abkühlveriahrens nicht notwendig, daß die beiden können, ist sichergestellt, daß die rechnerisch ermittelte Kühlgassiröme die gleiche Temperatur aufweisen. Falls Flüssiggasmenge je kg oder Stück abzukühlenden Guder zweite Kühlgasstrom an der Abzugsstelle aus dem tes zur Weiterkühlung auf die Endtemperatur an der Kühlraum wärmer ist als der erste Kühlgasstrom an der Stelle auf dieses aufgebracht wird, an der gewährleistet Einleitstelle in dem Kühlraum, wird dann nicht wie bis- 15 wird, daß sich bis zum Verlassen des Kühlraumes das her beim Vermischen der beiden Kühlgasströme inner- angjjstrebte Temperaturgefälle zwischen Oberflächenhalb des Kühlraumes Kälteenergie des ersten Kühlgas- und Kerntemperatur einzustellen vermag, stromes durch Abkühlung des zweiten Kühlgasstromes Des weiteren ist es im Hinblick auf einen besonders verbraucht, sondern der zweite Kühlgasstrom kann zu- wirtschaftlichen Einsatz von Kältemitteln und eine gute sammen mit dem ersten Kühlgasstrom besonders win- 20 Ausnutzung der eingesetzten Energien vorteilhaft, schaftlich durch Wärmetausch mit dem verdampfenden wenn am Anfang der Vorkühlzone eine an dem als Wär-Kältmittel gekühlt werden, um dann erneut den Gegen- metauscher ausgebildeten Verdampfer der Kälteanlage ständen oder Stoffen entgegengeführt zu werden. warmseitig angeschlossene Gasabzugsleitung angeord-

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Ver- net ist, wodurch der erste Kühlgasstrom im Kreislauf

fahren, wenn das Kühlgas des zweiten Kühlgasstromes 25 durch den Verdampfer der Kälteanlage und die Vor-

in flüssiger Form in die zweite Kühlzone an einer oder kühlzone des Kühlraumes geführt werden kann,

mehreren Sprühstellen eingesprüht wird, deren Lage in Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Abküh-

dieser Kühlzone in Abhängigkeit von der gewünschten !en der verschiedenartigsten Gegenstände oder Stoffe

Endtemperatur der abzukühlenden Gegenstände oder eingesetzt werden. Es bewährt sich beispielsweise so- Stoffe gewählt wird. Damit wird sichergestellt, daß beim 30 wohl beim rationellen Einfrieren von biologischen Sub- Verlassen des Kühlraumes die Gegenstände oder Stoffe stanzen als auch beim Verspröden von Altmaterialien

auch bis ins Innere genügend abgekühlt sind. wie Schrott und Gummi, z. B. Altreifen, zum Zwecke

Außerdem ist es zweckmäßig, mindestens einen Teil ihrer Aufarbeitung, oder zum Zerkleinern von bei Um-

des ersten Kühlgasstromes im Kreislauf durch die erste gebungstemperatur nicht oder schlecht zerkleinerbaren

Kuhlzone zu führen und so im Kühlgas noch vorhande- 35 Stoffen, wie Kunststoffe oder bestimmte Lebensmittel I

ne Energie auszunutzen. Auch zum Gefriertrocknen, zum Schrumpfen ζ. B. gro-

Eme Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs- ßer Mengen von Nieten, sowie zum Kühlen von heißen gemäßen Verfahrens umfaßt einen Kühlraum, der in unter Wärme oder Wärmebildung hergestellten Proeine Vorkühlzone und eine Weiterkühlzone aufgeteilt dukten, wie z. B. Bleimennig, ist das erfindungsgemäße ist. wobei die Vorkühlzone und die Weiterkühlzone je 40 Verfahren gut geeignet. Eine bevorzugte Anwendung eine Zuleitung für Kühlgase aufweisen, von denen die des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Abkühlung der Vorkühlzone zugeordnete Zuleitung mit einem als und Versprödung großvolumiger Gegenstände, deren Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer einer Kälte- hundertprozentige Abkühlung mit flüssigen Kühlgasen anlage und die der Weiterkühlzone zugeordnete Zulei- allein gegebenenfalls unwirtschaftlich ist. tung mit einem Vorratsbehälter für flüssiges Kühlgas in 45 Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand Verbindung steht, sowie Einrichtungen zur Beschickung eines in einer Figur schematisch dargestellten Ausfühdes Kühlraumes mit den abzukühlenden Gegenständen rungsbeispieles einer Vorrichtung zum Abkühlen von oder Stoffen im Gegenstrom zu den Kühlgasen. Diese Gegenständen oder Stoffen beschrieben. Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen In der Figur ist mit 1 ein als Kühlraum ausgebildeter der Vorkühlzone und der Weiterkühlzone ein Trennele- 50 Kühltunnel bezeichnet, der von Kühlgasen von rechts ment angeordnet ist, die durch den Verdampfer der Kai- nach links durchströmt wird. Entgegen der Strömungsteanlage führende Kühlgaszuleitung mit dem Ende der richtung der Kühlgase werden die abzukühlenden Ge-Vorkühlzone verbunden ist, und am Anfang der Weiter- genstände oder Stoffe mit Hilfe eines Transportbandes kühlzone eine Gasabzugsleitung vorgesehen ist, die vor 2 von links nach rechts durch den Kühltunnel 1 transdem Verdampfer der Kälteanlage in die durch den Ver- 55 portiert Durch ein Trennelement 3, beispielsweise eine dämpfer hindurchgeführte Kühlgaszuleitung mündet. als Gassperre wirkende Klappe, ist der Kühltunnel 1 in

Der Kühlraum kann als horizontal angeordneter eine Vorkühlzone 4, die von dem Transportband 2 zu- Künltunnel ausgeführt sein, durch den eine Transport- erst durchwandert wird, und eine daran anschließende

vorrichtung für die abzukühlenden Gegenstände oder Weiterkühlzone 5 aufgeteilt, wobei die Lage des Trenn-

Stoffe hindurchführt. Ein solcher Kühltunnel eignet sich to elementes 3 in dem Kühltunnel 1 den Temperaturver-

beispielsweise zum Einfrieren von biologischen Sub- lauf innerhalb des Kühltunnels 1 beeinflußt

stanzen. Für bestimmte abzukühlende Gegenstände Am Ende der Vorkühlzone 4 ist an den Kühltunnel 1

oder Stoffe, wie z. B. für Altautoreifen, die nachfolgend eine Kühlgaszuleitung 6 für einen ersten Kühlgasstrom

zerkleinert werden sollen, kann der Kühlraum aber angeschlossen, die mit einem als Wärmetauscher ausge-

auch als senkrechter Schacht mit einer Schraubenlinien- es bildeten Verdampfer 8 einer Kompressorkälteanlage

förmig angeordneten Rutsche, auf der die abzukühlen- 10 in Verbindung steht. Der unabhängige Kältemittel-

den Gegenstände oder Stoffe infolge der Schwerkraft kreislauf der Kompressionskälteanlage 10 ist durch eine

durch den Kuhlraum transportiert werden, ausgebildet Leitung 9 dargestellt. Der im Verdampfer 8 zu kühlende

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erste Kühlgasstrom kann entweder durch einen nicht im Kreislauf geführten kalten Gasstrom oder durch das am Anfang der Vorkühlzone 4 über eine Gasabzugsleitung 7 abgezogene, erwärmte und im Kreislauf durch den Verdampfer 8 geführte Kühlgas erzeugt werden.

Am kalten rechten Ende der Weiterkühlzone 5 wird über eine Zuleitung 11 flüssiges Kühlgas dem Kühltunnel 1 zugeführt, das einem Vorratsbehälter 12 entnommen und mit Hilfe einer Sprüheinrichtung 13 gleichmäßig auf die aus dem Kühltunnel 1 am kalten rechten Ende austretenden Gegenstände oder Stoffe aufgesprüht wird. Das hierbei verdampfende Kühlgas strömt als zweiter Kühlgasstrom entgegen der Bewegungsrichtung der abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe nach links durch die Weiterkühlzone 5, aus der es über eine am Anfang der Weiterkühlzone 5 angeschlossene Gasabzugsleitung 14 abgeführt wird. Diese Gasabzugslei- ( tung 14 mündet vor dem Verdampfer 8 der Kälteanlage · 10 in die durch den Verdampfer hindurchgeführte Kühlgasleitung.

Um sicherzustellen, da£l die Gegenstände oder Stoffe beim Verlassen des Kühltunnels 1 auch bis ins Innere auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt sind, weist die Sprüheinrichtung 13 in Richtung zu der Vorkühlzone 4 hin mehrere Sprühstellen auf. 25 ,

Das aus der Sprüheinrichtung 13 austretende flüssige Kühlgas hat eine wesentlich tiefere Temperatur als der erste Kühlgasstrom, der über die Kühlgaszuleitung 6 am Ende der Vorkühlzone 4 in den Kühltunnel 1 eingeführt wird. Zweckmäßigerweise wird als flüssiges Kühlgas flüssiger Stickstoff verwendet, der durch die Sprüheinrichtung 13 mit einer Temperatur von etwa 80 K in den

Kühltunnel 1 eintritt. Für bestimmte Abkühlaufgaben ;

können in Abhängigkeit von den abzukühlenden Gegenständen oder Stoffen und im Hinblick auf die geforderten Temperaturen auch andere Flüssiggase, wie Kohlendioxid oder Argon, zum Einsatz kommen.

Bei Verwendung einer konventionellen Kompressionskälteanlage hat der erste Kühlgasstrom, der über die Kühlgaszuleitung 6 der Vorkühlzone 4 zugeführt wird, eine Temperatur von etwa 210 K. Andere Temperaturen für den ersten Kühlgasstrom können erreicht werden, wenn die Kompressionskälteanlage mit anderen Kältemitteln betrieben wird, oder wenn eine Absorptionskälteanlage verwendet wird.

Die Aufrechterhaltung der Strömung der Kühlgase im Kühltunnel 1 wird teils durch einen Verdichter 15, teils durch den Druck im Vorratsbehälter 12 gewährleistet Zur Unterstützung der Strömung können zusatz- i lieh im oder am Kühltunnel 1 sowohl in der Vorkühlzo- so ne 4 als auch in der Weiterkühlzone 5 in der Figur nicht eingezeichnete Ventilatoren eingesetzt werden.

Regelventile 16 und 17 in der Kühlgaszuleitung 6 und

in der Zuleitung 11 für flüssiges Kühlgas dienen zur g

Steuerung der Mengenverhältnisse der Kühlgase der 55 t<:

beiden Kühlgasströme. Ober eine Leitung 18 wird eine >·

der in der Sprüheinrichtung 13 zugeführten Kühlgas- |l

menge äquivalente Warmgasmenge abgeleitet. - %

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen ω

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen in einem von Kühlgasen durchströmten, in zwei Kühlzonen unterteilten Kühlraum, bei dem die Gegenstände oder Stoffe in der ersten Kühlzone durch einen ersten, durch indirekten Wärmetausch mit einem verdampfenden Kältemittel gekühlten Kühlgasstrom vorgekühlt und nach der Vorkühlung in der zweiten Kühlzone mit einem zweiten aus einem flüssigen Kühlgas gewonnenen Kühlgasstrom weitergekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kühlgasstrom nach zumindest teilweisem Wärmetausch mit den Gegenständen oder Stoffen aus der zweiten Kühlzone abgezogen und dem ersten Kühlgasstrom vor dessen Kühlung durch indirekten Wärmetausch zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas des zweiten Kühlgasstromes in flüssiger Form in die zweite Kühlzone an einer oder mehreren Sprühstellen eingesprüht wird, deren Lage in dieser KUhlzone in Abhängigkeit von der gewünschten Endtemperatur der abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des ersten Kühlgasstromes im Kreislauf durch die erste Kühlzone geführt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Kühlraum, der in eine Vorkühlzone und eine Weiterkühlzone aufgeteilt ist, wobei die Vorkühlzone und die Weiterkühlzone je eine Zuleitung für Kühlgase aufweisen, von denen die der Vorkühlzone zugeordnete Zuleitung mit einem als Wärmetauscher ausgebildeten Verdampfer einer Kälteanlage und die der Weiterkühlzone zugeordnete Zuleitung mit einem Vorratsbehälter für flüssiges Kühlgas in Verbindung steht, und mit Einrichtungen zur Beschickung des Kühlraumes mit den abzukühlenden Gegenständen oder Stoffen im Gegenstrom zu den Kühlgasen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorkühlzone (4) und der Weiterkühlzone (5) ein Trennelement (3) angeordnet ist, die durch den Verdampfer (8) der Kälteanlage (10) führende Kühlgaszuleitung (6) mit dem Ende der Vorkühlzone (4) verbunden ist, und am Anfang der Weiterkühlzone (5) eine Gasabzugsleitung (14) vorgesehen ist, die vor dem Verdampfer (8) der Kälteanlage (10) in die durch den Verdampfer (8) hindurchgeführte Kühlgaszuleitung (7,6) mündet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Weiterkühlzone (5) an der mit dem Vorratsbehälter (12) in Verbindung stehenden Zuleitung (11) eine Sprüheinrichtung (13) angeschlossen ist, die in Richtung zur Vorkühlzone (4) hin mehrere Sprühstellen aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang der Vorkühlzone (4) eine Gasabzugsleitung (7) angeordnet ist, die an dem Verdampfer (8) der Kälteanlage (10) warmseitig angeschlossen ist.