DE69202412T2

DE69202412T2 - Kühlvorrichtung.

Info

Publication number: DE69202412T2
Application number: DE69202412T
Authority: DE
Inventors: Michael Ernest Garrett
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1991-07-13
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2012-06-13
Also published as: US5339639A; AU650346B2; DE69202412D1; CA2072443A1; KR930002770A; JPH05196317A; GB9115140D0; EP0523849B1; KR100231932B1; AU1849092A; EP0523849A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kühlvorrichtungen.
Kühlung bei etwa Umgebungstemperatur wird gegenwärtig dadurch erzielt, daß der Kompressionszyklus mit halogenierten Kohlenwasserstoffen wie dem Gas Freon (eingetragenes Warenzeichen) als das Kühlmedium verwendet wird. Freongas wird komprimiert, und die Kompressionswärme wird an die Atmosphäre abgeführt, wodurch die Kondensation des Gases zu einer Flüssigkeit bewirkt wird. Das flüssige Freon wird dann in das Innere einer isolierenden Kammer geführt, wo ihm gestattet wird, zu expandieren und zu verdampfen, wodurch die Kammer gekühlt wird.
Das expandierte Freongas kehrt dann zu einem Kompressor zurück, so daß der Zyklus wiederholt wird.
Probleme entstehen dann, wenn diese bekannten Kühlvorrichtungen verschleißen, da davon ausgegangen wird, daß, wenn sie recycled oder verschrottet werden, die Gase vom Freon-Typ frei werden, wodurch die Ionosphäre geschädigt wird.
Ein alternativer Zyklus ist in der häuslichen Kühlung vorhanden und als der Ammoniak-Adsorptionszyklus bekannt. Jedoch ist er weniger effizient und oft weniger zuverlässig, da er von dem Einschluß von Wasserstoffgas abhängig ist.
Die US-A-4 183 734 offenbart eine Kühlvorrichtung mit einer Kammer, die ein Bett aus Adsorbermaterial und ein komprimierbares Gas enthält, das unter Druck durch das Adsorbermaterial adsorbiert und von diesem desorbiert werden kann, wenn der Druck reduziert wird. Mittel sind vorgesehen, um das Gas innerhalb der Kammer abwechselnd zu komprimieren, wodurch eine vorübergehend kalte Zone innerhalb der Kammer erzeugt wird. Mittel zur thermischen Verbindung sind vorgesehen, um die kalte Zone mit einem zu kühlenden Ort zu verbinden. Leider kann eine derartige Vorrichtung keine permanente kalte Zone schaffen.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kühlvorrichtung zu schaffen, die die kalte(n) Zone(n) benutzt, die erzeugt wird/werden, wenn bestimmte Gase durch ein Bett aus Adsorbermaterial adsorbiert und dann von diesem desorbiert werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Kühlvorrichtung eine abgedichtete Kammer, die ein Bett aus einem Adsorbermaterial und ein komprimierbares Gas enthält, das unter Druck durch das Adsorbermaterial adsorbiert und von dem Adsorbermaterial desorbiert werden kann, wenn der Druck reduziert wird, Mittel zum abwechselnden Komprimieren und Dekomprimieren des Gases innerhalb der Kammer, wodurch eine permanente kalte Zone innerhalb der Kammer erzeugt wird, und Mittel zur thermischen Verbindung der kalten Zone mit einem zu kühlenden Ort.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlverfahren geschaffen, welches die Schritte umfaßt,
a) daß ein Gas innerhalb einer abgedichteten Kammer, die ein Bett aus einem Adsorbermaterial enthält, komprimiert wird, so daß wenigstens etwas des Gases durch das Adsorbermaterial adsorbiert wird,
b) daß durch den Adsorptionsschritt erzeugte Wärme abgeführt wird,
c) daß das Gas innerhalb der Kammer dekomprimiert wird, so daß das Gas durch das Adsorbermaterial desorbiert wird,
d) daß die Schritte a), b) und c) wiederholt werden, bis eine permanente kalte Zone in dem Adsorbermaterial erzeugt wird, und
e) daß die kalte Zone thermisch mit einem zu kühlenden Ort verbunden wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft beschrieben, wobei auf die Figur der begleitenden diagrammatischen Zeichnung Bezug genommen wird, die eine schematische Skizze einer Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Wie gezeigt, umfaßt eine Kühlvorrichtung 1 eine Kammer in Form eines hohlen Zylinders 2, in dem sich ein Bett aus einem Adsorbermaterial 3 befindet, zum Beispiel ein Zeolith mit einer hohen Wärmeadsorption wie beispielsweise ein 13X- oder 5A-Typ. Ebenfalls innerhalb des Zylinders 2 befindet sich ein vor-ausgewähltes Volumen eines gasförmigen Mediums wie beispielsweise Kohlendioxid, das eine hohe Affinität zu dem Adsorbermaterial 3 aufweist und leicht komprimierbar ist.
Wie gezeigt, ist der Zylinder vertikal angeordnet, und an seinem unteren Ende und gleitbar darin aufgenommen befindet sich ein Kolben, der sich von einem Kompressor 6 aus erstreckt, der vorzugsweise vollständig gegen die Atmosphäre abgedichtet ist. Der Kolben ist so ausgebildet, daß er das Kohlendioxid innerhalb des Zylinders 2 abdichtet, und daß er, wenn er abwechselnd hin- und herbewegt wird, das Kohlendioxid komprimiert und dekomprimiert.
Benachbart dem unteren Ende des Zylinders 2 ist ein thermisch verbindendes Mittel in Form von Platten 7 angeordnet, die sich von der äußeren Oberfläche des Zylinders 2 aus erstrecken, um in das Innere eines Fachs oder abgeteilten Raumes 8 zu gelangen, dessen Inneres gekühlt werden soll.
An seinem oberen (wie gezeigt) Ende ist an dem Zylinder 2 eine Vielzahl von Kühlrippen 4 angebracht.
Im Betrieb wird der Kompressor 6 gestartet, und eine aufwärts (wie gezeigt) gerichtete Erweiterungsbewegung des Kolbens in das Innere des Zylinders 2 hinein komprimiert das Kohlendioxid. Das Kohlendioxid wird anfangs durch das Bett aus Material 3 am unteren Ende des Zeolith-Bettes adsorbiert, wodurch Wärme erzeugt wird. Die erzeugte Wärme wird durch weiteres hineingelangendes Kohlendioxid aufwärts getragen, mit dem Ergebnis, daß, wenn der Kompressionshub des Kompressors abgeschlossen ist, eine heiße Stelle am extremen oberen Ende des Zylinders 2 ausgebildet ist. Diese Wärmestelle zerstreut sich mittels der Kühlrippen 4 an die umgebende Atmosphäre.
Während der abwärts (wie gezeigt) gerichteten Rückziehbewegung des Kolbens im Inneren des Zylinders 2 findet die Dekompression des Kohlendioxids statt, wobei das Kohlendioxid vom Adsorbermaterial 3 desorbiert wird, was insgesamt zu einer Kühlung des Adsorbermaterials 3 führt. Da etwas der Wärme mittels der Kühlrippen 4 zerstreut wurde, wird ein Teil des Materials 3 sehr kühl, und es ist herausgefunden worden, daß über eine Anzahl von Zyklen des Kompressors eine kalte Stelle innerhalb des Bettes aus Adsorbermaterial 3 nahe an dem Eintrittspunkt des Kolbens (dem unteren Ende des Zylinders 2) gebildet wird. Diese kalte Stelle ist thermisch mit dem Inneren des abgeteilten Raumes 8 durch Platten 7 verbunden, wodurch ein Kühlen des Inneren des zu kühlenden abgeteilten Raumes 8 gestattet wird.
Besondere Vorteile der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind: (a) die verwendeten Materialien sind alle umweltfreundlich, so daß die schließliche Beseitigung der Kühlvorrichtung keine Probleme darstellt; und (b) das System ist ein geschlossenes System, das keine konstante Ersetzung von Adsorber oder Gas erfordert.

Claims

1. Eine Kühlvorrichtung (1) mit einer abgedichteten Kammer, die ein Bett aus einem Adsorbermaterial (3) und ein komprimierbares Gas enthält, das unter Druck von dem Adsorbermaterial (3) adsorbiert und von dem Adsorbermaterial (3) desorbiert werden kann, wenn der Druck reduziert wird, Mitteln zum abwechselnden Komprimieren und Dekomprimieren des Gases innerhalb der Kammer, wodurch eine permamente kalte Zone innerhalb der Kammer erzeugt wird, und Mitteln (7) zur thermischen Verbindung der kalten Zone mit einem zu kühlenden Ort (8).

2. Eine Kühlvorrichtung wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer ein Zylinder (2) ist, und daß das Mittel zum abwechselnden Komprimieren und Dekomprimieren des Gases ein Kolben ist, der innerhalb des Zylinders (2) gleitbar ist.

3. Eine Kühlvorrichtung wie in Anspruch 2 beansprucht dadurch gekennzeichnet, daß das thermisch verbindende Mittel eine Vielzahl von leitfähigen Platten (7) darstellt, die benachbart dem Zylinder (2) und in Ausrichtung mit der kalten Zone angeordnet sind sowie sich im Inneren eines zu kühlenden abgeteilten Raumes (8) erstrecken.

4. Eine Kühlvorrichtung wie in einem der Ansprüche 1 bis 3 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbermaterial (3) ein Zeolith und das komprimierbare Gas Kohlendioxid ist.

5. Eine Kühlvorrichtung wie in einem der Ansprüche 2 bis 4 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (2) vertikal orientiert ist, und daß der Kolben so angeordnet ist, daß er entlang des unteren Bereiches des Zylinders (2) gleitbar ist.

6. Eine Kühlvorrichtung wie in Anspruch 5 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Ende des Zylinders (2) Kühlrippen (4) am Zylinder (2) angebracht sind.

7. Ein Kühlverfahren, welches die Schritte umfaßt,

a) daß ein Gas innerhalb einer abgedichteten Kammer, die ein Bett aus einem Adsorbermaterial (3) enthält, komprimiert wird, so daß wenigstens etwas des Gases durch das Adsorbermaterial (3) adsorbiert wird,

b) daß durch den Adsorptionsschritt erzeugte Wärme abeführt wird,

c) daß das Gas innerhalb der Kammer dekomprimiert wird, so daß das Gas von dem Adsorbermaterial (2) desorbiert wird,

d) daß die Schritte a), b) und c) wiederholt werden, bis eine permanente kalte Zone in dem Adsorbermaterial (2) erzeugt ist, und

e) daß die kalte Zone thermisch mit einem zu kühlenden Ort (8) verbunden wird.