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Kühlvorrichtung für verbundene Trockeneis- und Maschinen- oder Wassereiskühlung
Die Kühlung oder das Gefrieren mit fester Kohlensäure, dem sogenannten Trockeneis,
ist nur bei verhältnismäßig tiefen Temperaturen einigermaßen wirtschaftlich, für
Kühltemperaturen von über Null bis etwa - z o° C ist in jedem Falle die Maschinenkühlung
oder bis o° C die Wassereiskühlung entschieden wirtschaftlicher. Gegenstand der
Erfindung ist eine Kühlvorrichtung für die Verbindung der Trockeneiskühlung mit
der Maschinenkühlung oder der Kühlung mit Wassereis in der Weise, daß die erste
Stufe der Abkühlung des Kühl-oder Gefriergutes mittels einer der bekannten Kältemaschinen
oder mit Wassereis erfolgt, während das Trockeneis nur für das Tieferkühlen des
Kühl- oder Gefriergutes und für die Konstanthaltung der verlangten Tieftemperatur
Anwendung findet. Für die Dauer der Kühlung mit Trockeneis soll die Maschinen- oder
Wassereiskühlung zur Verkleinerung des Wärmeeinfalles zum Kühlgut und zum Trockeneis
dienen. Durch diese Unterteilung des Kühlvorganges wird der Hauptteil der Wärmebindungsarbeit
der wirtschaftlich arbeitenden Kältemaschine oder dem billigeren Wassereis übertragen,
und das Trockeneis dient nur dazu, die Temperaturdifferenz zwischen der gewünschten
Kühlguttemperatur und der von der Maschine oder dem Wassereis erzeugten Temperatur
zu überbrücken und aufrechtzuerhalten. Das bedeutet eine sehr erhebliche Ersparnis
an Trockeneis bei der Kühlvorrichtung nach der Erfindung gegenüber bekannten Kühlvorrichtungen,
bei welchen der gesamte Kältebedarf durch Verdampfen von Trockeneis gedeckt wird.
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Bekannt ist auch eine Kühlvorrichtung, bei welcher zwei Kühlräume
unter Belassung eines Zwischenraumes ineinanderstehen . und bei welchen der Zwischenraum
von abgekühlter Luft durchströmt wird, während in dem inneren Kühlraum gegebenenfalls
unter Benutzung eines anderen Kälteerzeugers ebenfalls gekühlte Luft .eingeblasen
wird. Bei dieser Vorrichtung kann zwar die Kühlung des Zwischenraumes dazu beitragen,
den Wärmeeinfall zum Kühlgut zu verkleinern; sie ist aber nicht dazu bestimmt, eine
fühlbare Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Ausnutzung verschiedener Kältequellen
. mit verschiedenen Kosten der Kälteerzeugung zu bringen.
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Nach der Erfindung wird zu diesem Zweck in der Isolierung des Kühlraumes
ein freier, durch die Kältemaschine oder das Wassereis gekühlter Zwischenraum geschaffen,
der an eine solche Stelle verlegt wird, an der beim Fehlen der Vorkühlung und alleinigem
Vorhandensein des Trockeneises eine wesentlich höhere Temperatur herrschen würde
als diejenige, die allein mit der Kältemaschine oder dem Wassereis erzielt wird.
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Auf der Zeichnung sind zwei Beispielsausführungen von Kühlvorrichtungen
für verbundene Trockeneis- und Maschinen- oder
Wassereiskühlung
schematisch dargestellt. In Abb. i ist a die äußere Isolierung eines Kühlraumes
oder Kühlschrankes. Mit Abstand. von Wänden, Decke und Boden ist ein zweiter= Behälter
b mit stärkerer Isolierung angebracht,: dessen Inneres das tiefzukühlende KühAnt@
und das Trockeneis aufnimmt. Letzteres be=i findet sich in einem herausnehmbaren
Kasten c, der z. T. isoliert und z. T. nichtisoliert ist. Die Decke d des inneren
Kühlraumes ist ebenfalls herausnehmbar und wird zur Gewichtsverminderung zweckmäßig
durch Aluminiumfolien mit eingeschlossenen Luftschichten .isoliert.
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Oberhalb dieser herausnehmbaren Decke d ist in dem Zwischenraum zwischen
den beiden isolierten Behältern ein Kühlsystem e angeordnet, das von einer nicht
mitgezeichneten Kühlmaschine durch direkte Verdampfung oder indirekt mit Sole gekühlt
wird. Im inneren Kühlraume befinden sich Auflageroste oder sonstige Einbauten für
die Unterbringung des Kühlgutes.
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Zur Benutzung dieses Gerätes wird die Decke d und der Trockeneisbehälter
c herausgenommen, der Kühlraum mit Kühlgut beschickt und die Kältemaschine in Betrieb
gesetzt. Dadurch wird das Kühlgut in dem jetzt oben offenen inneren Behälter abgekühlt
und gefroren und auch die Wände des inneren Behälters über ihre ganze Stärke auf
die gewünschte Vorkühltemperatur, z. B. -io° C, abgekühlt. Nach Erreichen der Vorkübltemperatur
füllt man den Trockeneisbehälter c finit Trockeneis und stellt ihn auf die Konsolen
im Kühlraum. Ebenso schiebt man die Decked an ihrem Platze ein. Damit ist der innere
Raum ringsum von dem zwischen den beiden Räumen verbleibenden freien Raum abgeschlossen.
Das verdampfende Trockeneis kühlt nun im inneren Behälter die Luft und das Kühlgut
weiter ab -und verdampft alsdann nur in einer solchen Menge, die im Kältewert der
eingestrahlten Wärme entspricht.
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Die Abstimmung der Temperatur im inneren Kühlraum geschieht mit dem
Trockeneisbehälter c. Dieser wird z. T. isoliert und z. T. unisoliert gelassen und
dieser Teil mit künstlich vergrößerter Oberfläche ausgerüstet.
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Bei Vorkühlung mit Wassereis wird der Zwischenraum zwischen den beiden
ineinanderstehenden isolierten Räumen wasserdicht ausgeführt und mit Eis angefüllt.
In Abb.2 ist diese Ausführung schematisch dargestellt. Es kann der Entleerungshahn
f entweder nach der Eisbeschickung offen bleiben, in welchem Falle alles Schmelzwasser
sofort zum Abfluß kommt, oder aber auch geschlossen gehalten werden. In diesem Falle
füllt sich der Zwischenraum allmählich. mit Schmelzwasser an, welches am überlauf
g abfließt. Das Eis schwimmt auf dem Schmelzwasser und hält dessen Temperatur auf
etwa ,± o° C. Um die Seitenwände von dem rela-`iiv großen Wasserdrucke zu befreien,
kann :eie System aus Rohren die Stelle des Eisbe-.la.lters einnehmen.
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'Y Um den Zweck der Erfindung zu erfüllen, wird der durch Maschinen-
öder Wassereiski9hlung vorgekühlte Raum innerhalb der Gesamtisolation an eine -Stelle
verlegt, an welcher beim Fehlen der Vorkühlung und Vorhandensein nur der Trockeneiskühlung
eine wesentlich höhere Temperatur herrschen würde als diejenige, die mit der Kältemaschine
oder dem Wassereis erzielt wird. Bei einer Gesamtstärke der Isolierung von Zoo mm,
einer Temperatur der Außenfläche von 3o° C und der Innenfläche des Kühlraumes von
-- 30° C würde z. B. in einer Entfernung von 50 mm von der Außenfläche in der Isolierung
eine Temperatur von +15'C herrschen. Wird an dieser Stelle in die Isolierung die
gekühlte Zone von - i o° C eingefügt, so wird dadurch der Wärmeübergang zum inneren
Kühlraum um 55% verkleinert und eine Trockeneisersparnis im gleichen Ausmaße erzielt.
Für den Kühlhaltungsprozeß wird-also durch dieses Verfahren über die Hälfte der
Kältearbeit-der Maschine übertragen, und zwar innerhalb derjenigen Temperaturgrenzen,
in welchen die Kältemaschine mit hohem Wirkungsgrade arbeitet. Sinngleiches ist
bei der Vorkühlung mit Wassereis der Fall. Selbstverständlich kann, sofern die Verhältnisse
dies zweckmäßig erscheinen lassen, auch die Eis-Salz-Kühlung in Verbindung mit der
Trockeneiskühlung zur Anwendung kommen.
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Je nach dem Kalorienpreise der beiden zur Anwendung kommenden Kälteerzeugungsmittel,
des Kohlensäureeises einerseits und der Kältemaschine oder des Wassereises andererseits,
der Dauer der Kühlung und Kaltlagerung des Kühlgutes und entsprechend der verlangten
Kühltemperatur wird der gekühlte Zwischenraum so in die Isolierung verlegt, daß
die Stärke der inneren Isolierung wesentlich größer als die äußere ist und bis zu
einem vielfachen, z. B. zehnfachen, der äußeren Isolierung betragen kann.
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Bei der praktischen Ausführung der Kühlvorrichtung für die verbundene
Trockeneis-und Maschinen- oder Wassereiskühlung kann auch die Tür oder der Deckel
des Gerätes in der angedeuteten Weise durch den gekühlten Zwischenraum umschlossen
werden, so daß von der Außenlufttemperatur völlig unabhängige Temperaturverhältnisse
im Innenraum erhalten werden.
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Um die Beschickung der Trockeneisbehälter zu erleichtern, können diese
Behälter als
Rohre oder Kanäle ausgebildet werden, die an einer
Seite durch die Isolierung hindurchgehen und außen mit einem Isolierstopfen verschlossen
werden. Das gilt sowohl für den im Kühlraum fest oder veränderlich isolierten Behälter
als auch für den nichtisolierten. Beide können auch zu einem Rohr- oder Kanalstück
verbunden werden. In diesem Falle sind neben den Trockeneisstücken auch passende
Stücke aus Isolierstoff einzuschieben, durch welche das Trockeneis im Kühlraum abgeschlossen
wird, das für die Konstanthaltung der Tieftemperatur bestimmt ist. An der Durchtrittsstelle
durch den gekühlten Zwischenraum wird das Rohr oder der Kanal isoliert.
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Der gekühlte Zwischenraum wird zweckmäßig mit dem vom Trockeneis erzeugten
Kohlensäuredampf gefüllt. Es kann sich dann kein Eis oder Reif an dem Kühlsystem
ansetzen.
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Der technische Fortschritt, den der Gegenstand der Erfindung gegenüber
bekannten darstellt, besteht in einer weitreichenden Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
des Kühlens mit Trockeneis bei tiefen Temperaturen und in der Sicherung der Konstanthaltung
der Temperatur in mit Trockeneis gekühlten Vorrichtungen.