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Verfahren und Vorrichtung zur Kühlraumtemperaturregelung Die Kühlung
von Kühlräumen wird im allgemeinen durch einen Luftkreisstrom bewirkt, welcher von
einem oder mehreren Ventilatoren erzeugt wird. Der Kreislauf dieser Kühlluft erstreckt
sich auf die Kühlkammer selbst, einen von dieser getrennten Raum, der zur Kälteerzeugung
dient, in welchem durch Kühlflächen die in dem Kühlraum angewärmte Luft abgekühlt
wird, und ein System von Leitungen oder Zügen zur Einführung und Abziehung der Kühlluft,
welches ganz oder teilweise die Seitenwände des Kühlraumes umschließt.
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Derartige Anlagen besitzen große Vorzüge in becug auf Einfachheit
und Betriebsführung sowie der Regelung; sie weisen jedoch auch schwerwiegende Nachteile
auf. Wenn ein Kühlraum auf eine bestimmte Temperatur abgesenkt werden soll, muß
die Kühlluft auf eine noch tiefere Temperatur gekühlt werden, wozu wieder noch tiefere
Temperaturen der Kühlflächen des Kälteerzeugers erforderlich sind. Hieraus folgt,
daß bei Berührung mit den Kühlflächen des Kälteerzeugers die Luft Wasser abgibt
und um so mehr Wasser absorbiert - das sie in Form von Reif oder Schnee an den Kühlflächen
absetzt -, je größer die Temperaturdifferenz zwischen den Kühlflächen und der Kühlraumluft
ist.
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Man muß ferner unterscheiden: einmal zwischen dem Wärmezufl.uß durch
die Kühlraumwände hindurch: und das andere Mal dem Wärmezugang, welcher durch die
eingebrachten Waren die Kühlraumtemperatur
erhöht. Die Wärmezufuhr
der ersteren Art durch die Wandflächen ist kontinuierlich, während die Erwärmung
durch die in den Kühlraum eingebrachten Waren absatzweise erfolgt. Andererseits
sind die erstgenannten Wärmezufuhren im allgemeinen nur geringfügig gegenüber dem
gesamten Bedarf. Es besteht somit kein bleibendes Gleichgewicht hinsichtlich der
Anforderungen an den Kälteerzeuger selbst, da dieser wohl in der Lage sein mu,ß,
den Maximalanforderungen zu genügen, dann aber im allgemeinen zu stark dimensioniert
ist, wenn diese Spitzenwerte ausgeglichen sind.
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Es sind schon verschiedene technische Vorschläge gemacht worden, um
diese Mängel zu beheben.
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So ist beispielsweise versucht worden, die zum Kälteaustausch verwendeten
Elemente zu vergrößern, um auf diese Weise die Temperaturspanne zwischen Kühlluft
und Kälteflächen kleiner halten zu können, doch gelangte man bei diesen Bestrebungen
sehr schnell zu unmäßigen Größen der Kühlflächen.
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Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, die Kühlluft ausschließlich
in einem Leitungssystem um den Kühlraum herum kreisen zu lassen, ohne daß sie in
diesen selbst eintrat. Dieses Verfahren schlug völlig fehl, da zwar erreicht wurde,
die Wärmezufuhr durch die Wände selbst fast völlig auszuschalten, es andererseits
aber sehr große Schwierigkeiten bereitete, einen Ausgleich hinsichtlich der Wärmemengen
durch die in den Kühlraum eingeführten Waren zu erreichen. Es war hierzu praktisch
unumgänglich, nunmehr eine getrennte, vorherige -Kühlung der Waren vor ihrer Einführung
in den Kühlraum vorzunehmen., wodurch sehr große Mehrkosten entstanden und außerdem
die Einbringung bzw. Kühlung der Waren eine starke Verzögerung erfuhr.
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Auch ist es bereits bekannt, bei Kühlanlagen zum Zweck der Regulierung
verstellbare Klappen zu verwenden., wie beispielsweise bei der Kühlung von Provianträumen
auf Schiffen, wobei der Fleischraum von einem Druckkanal umgeben ist, von dem aus
mehrere regulierbare Klappen zum Rauminnern führen, durch das die gesamte Kühlluft
geleitet wird, oder es ist vorgeschlagen, in maschinellen Kleinkühlanlagen die Luftmenge
hinter dem Kühlkörper durch eine Drosselklappe derart zu steuern, daß ein Teil der
Luft durch einen Rückführungskanal zu dem Kühlkörper zurückgeführt, während die
andere Teilmenge in den Kühlraum geleitet wird. Jedoch ist nach diesen Vorschlägen
nichts über die Art der Regulierung der Klappen zu entnehmen und die automatische
Abzweigung allein durch eine Druckänderung im Kühlmittelsystem wie nach der Erfindung
nicht bekanntgeword@en.
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Weiterhin hat man vorgeschlagen, einen Teil der Kühlluft um den Kühlraum
herumzuführen und einen anderen Teil in den Kühlraum zu leiten, doch wurden bei
diesen Anlagen die beiden Kühlluftteile vollständig voneinander getrennt. Sämtliche
Ausbildungen dieser bekannten Art weisen jedoch nicht eine automatische Abzweigung
eines Teils des Kühlmittels allein durch eine Druckänderung im Kühlmittelsy stem
auf.
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Die Erfindung betrifft nunmehr ein Verfahren und die Vorrichtungen
zur Kühlraumtemperaturregelung bei Kühlräumen, deren Kühlung durch ein im Kreislauf
strömendes Kühlmittel, vorzugsweise Kühlluft, erfolgt, das um den Kühlraum herum
und bei zusätzlichen oder ausnahmsweisen Wärmezufuhren in den Kühlraum geführt und
in einem Kälteerzeuger gekühlt wird. Hierzu werden erfindungsgemäß die zusätzlichen
Wärmezufuhren in den Kühlraum, wie sie beispielsweise bei der Einbringung neuer
Waren auftreten, durch eine automatische Abzweigung eines Teils des Kühlmittels
in das Innere des Kühlraumes allein durch eine Druckänderung im Kühlmittelsystem
ausgeglichen. Hierdurch ist eine einfache und wirtschaftliche Art der Regulierung
gegeben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Temperatur des Kühlmittels
- und die der Kühlungselemente des Kälteerzeugers - konstant gehalten und lediglich
durch Änderung der Fördermenge des Kühlmittels in dem System eine Leistungsänderung
bewirkt. Die wenigstens praktisch gleichbleibende Temperatur des Kühlmittels auch
bei erhöhter Fördermenge beruht darauf, daß der Wärmeaustauschkoeffizient zwischen
den Kühlflächen des Kälteerzeugers und der Luft sich sehr stark mit der Erhöhung
der Luftgeschwindigkeit, nämlich vergrößert, ändert. Der Kälteaustausch verläuft
aber proportional dem Produkt aus der wirksamen Oberfläche des Kälteerzeugers und
der Höhe der Temperaturdifferenz (zwischen Kühlfläche und Luft) sowie dem Wärmeaustauschkoeffizienten;
die Kälteabgabe des Kälteerzeugers erhöht sich also allein infolge der Erhöhung
des Wärmeaustauschkoeffizienten, d. b. ohne daß die Temperatur des Kälteübertragungsmittels
sich gleichfalls erhöht. Hierbei wird der bei einer Erhöhung der Förderung auftretende
Druck dazu benutzt, um zum Innern des Kühlraumes führende Ventilklappen zu öffnen,
während diese Klappen beim normalen Betrieb geschlossen bleiben.
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Die Umwälzung des Kühlmittels im Innern des Kanal.netzsyst,ems erfolgt
in an sich bekannter Weise entweder durch einen Ventilator von regelbarer Förderung
oder durch eine Anzahl regelbarer Ventilatoren, die parallel-geschaltet sind, wobei
deren jeweiligc-Einstellüng leicht automatisch, beispielsweise durch einen im Innern
des Kühlraumes vorgesehenen Thermostaten, geregelt werden kann.
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In der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Einzelheiten und Vorteile
der Erfindung angeführt. Die Zeichnungen Fig. i bis 7 geben beispielsweise Ausführungsformen
solcher Anlagen wieder. Fig. i zeigt eine perspektivische, schematische Ansicht
eines Kanal- oder Zugsystems zur Kühlung mittels eines im Kreislauf strömenden Kühlmittels
nach der Erfindung; Fig.2 zeigt in ähnlicher Ansicht eine abgeänderte Ausführungsform;
Fig.
3 ist eine vertikale Schnittdarstellung nach Linie III-III von Fig. 4 eines Kühlraumes,
dessen Kanal- oder Leitungssystem für die Führung des Kühlmittels nach dem Schema
von Fig.2 ausgebildet ist; Fig. 4. ist ein Vertikalschnitt des gleichen Kühlraumes
nach LinieIV-IV von Fig. 5; Fig. 5 zeigt einen Teilschnitt nach Linie V-V von Fig.
4, und Fig. 6 und 7 zeigen zwei Ausschnitte der vorhergehenden Darstellungen im
Vertikalschnitt :und vergrößertem Maßstabe.
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Nach der schematischen Darstellung von Fig. i besteht das Verteilungssystem
um den Kühlraum zunächst aus zwei Längskanälen i und 2, welche durch eine Zwischenwand
3 abgeteilt sind ,und sich über die ganze Decke dies Kühlraumes hinziehen. Das Kühlmittel,
z. B. Kühlluft, wird in den Kanal i im Sinn des Pfeiles F1 eingeblasen und durch
den Kanal 2 in Richtung des Pfeiles F2 abgesaugt; der Kanal i ist somit der »Verteiler«,
und der Kanal 2 hat die Rolle des »Sammlers«. Die beiden Kanäle, Verteiler i und
Sammler 2, stehen untereinander durch eine Anzahl von 0werkanälen in Verbindung,
wobei diese Verbindungen durch die Züge 4, 5 und 6 gebildet werden, die, von dem
Verteiler absteigend, längs der Seitenwand des Kühlraumes verlaufen, sodann unter
dem Raum hindurchführen und längs der anderen Seitenwand nach oben steigen, an deren
Scheitel sie in den Sammler münden.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, verjüngt sich der Querschnitt des
Verteiler- und Sammlerkanals derart, daß konstante Druck- und Geschwindigkeitsverhältnisse
in allen Kanälen vorliegen; diese Querschnittsverminderung ist durch eine stufenförmige
Absetzung der Längskanäle erreicht, gemäß welcher bei jeder Abzweigung oder Einmündung
der Querzüge ein Absatz, wie beispielsweise bei 7, vorgesehen ist.
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Die Umwälzung der Luft in diesem Kanalsystem wird durch einen Ventilator
mit regelbarer Geschwindigkeit und regelbarem Ausstoß oder auch durch mehrere Ventilatoren,
die parallel fördern, bewirkt; dieser oder diese Ventilatoren blasen die Luft in
Richtung von dem Pfeil F1 ein und saugen sie in Richtung des Pfeiles F2 ab, nachdem
sie vorher durch einen - nicht dargestellten - Kälteerzeuger hindurchgeleitet wurde.
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Die abgezweigten Kanäle besitzen im unteren Teil der abfallenden Züge
an der Trennwand zu dem Kühlraum hin Klappen zum Einlaß der Kühlluft, wie sie schematisch
mit g und io angedeutet sind. Diese Klappen öffnen sich bei erhöhtem Druck. In ähnlicher
Weise sind in den oberen Teilen der aufsteigenden Züge hier nicht dargestellte Entnahmeklappen
vorgesehen, die sich unter dem Einfluß des Unterdruckes öffnen.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Anlage ist wie folgt: Sollen lediglich
die Wärmezugänge durch. die Außenwände ausgeglichen werden, erfolgt eine Einstellung
des Ventilators auf nur geringe Förderung. Hierbei ist der in den Kanälen und Zügen
entstehende Druck nicht ausreichend, um die Ventilklappen anzuheben; diese bleiben
geschlossen, und die Kühlluft zirkuliert ausschließlich im Innern des Kanalsystems.
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Wenn nunmehr eine stärkere, außergewöhnliche Wärmezufuhr ausgeglichen
werden soll, wie, sie beispielsweise bei der Einbringung neuer Waren auftritt, wird
der Ventilator auf große Leistung reguliert. Die Luftgeschwindigkeit in den Kanälen
erhöht sich dementsprechend, und der hieraus resultierende Druck genügt, um die
Klappen zu öffnen. Es tritt somit ein Teil des Luftstromes in den Kühlraum ein und
kühlt die eingebrachten Waren durch unmittelbare Berührung. Ist die Absenkung der
Temperaturen dieser Waren beendet, wird die Kühlluftzufuhr wieder verringert, wodurch
auch der Druck in den Kanälen absinkt und die Klappen sich schließen. Sodann zirkuliert
der Luftstrom wieder allein in dem Kanalsystem.
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In Fig. 2 ist eine abgeänderte Ausführungsform wiedergegeben, nach
welcher der Verteilerkanal i i und Sammlerkanal 12 in Form von Eckkanälen ausgeführt
sind, die sich längs der beiden oberen Längskanten des Kühlraumes erstrecken und
nicht die ganze Decke dieses Raumes einnehmen. Nach dieser Ausführung sind außer
den Abzweigungen 4', 5' und 6', ähnlich den Abzweigungen 4, 5 und 6 nach Fig. i,
Querzüge 13, 14 und 15 vorgesehen, welche an der Decke des Kühlraumes eine Verbindung
zwischen den beiden Längszügen bilden.
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Die Ouerschnittsverminderung der Hauptzüge i i und 12 ist wieder ähnlich
der zuerst beschriebenen Ausbildung, jedoch ist sie in vertikale und horizontale
stufenförmige Abschwächungen mittels geeigneter innerer Trennwände aufgeteilt, entsprechend
den. aufeinanderfolgenden Abzweigungen. Wenn beispielsweise das Kanalsystem zehn
Sekundärkanäle zählt und der Hauptkanal zu Beginn einen Querschnitt von i m2 besitzt,
ist dieser in zehn Abstufungen von je 1o dm2 aufgeteilt, so daß jede Abzweigung
eine Teilförderung von einem Zehntel der Gesamtförderung erhält. Man gelangt somit
zu einem Verteiler und Sammler in Form einer bestimmten Anzahl einzelner Kanäle
mit stets verringertem Querschnitt, die ineinandergeschachtelt sind und jeweils
in Verbindung mit den diesen Teilstücken zugeordneten Abzweigungen stehen.
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In den Fig. 3, 4 und 5 ist eine Ausführungsform entsprechend dieser
zweiten Ausbildung in ihren Einzelheiten wiedergegeben. Der Kühlraum befindet sich
in einer Umkleidung in Form eines rechtwinkligen Parallelepipedon, bestehend aus
der unteren Wand 2i, den vertikalen Längswänden 22, einer vertikalen Querwand :23,
einer vertikalen Querwand 24 mit der Tür 25 und einer oberen Wand oder Decke 26,
welche von Trägern 27 gestützt wird, die an jedem Ende auf den Säulen 28 ruhen.
Diese Wände und die Tür 25 sind durchgehend aus Isoliermaterial hergestellt, das
genügend Festigkeit für solche Anlagen aufweist und
so stark ist,
wie es zur Isolierung der Temperaturen erforderlich ist. Die Träger 27 tragen eine
Anzahl horizontaler Längsbalken 29, durch welche ihrerseits die Decke 26 getragen
wird und an welchen außerdem eine Hängedecke 3o aufgehängt ist. Diese Hängedecke
erstreckt sich zwischen den vertikalen Wänden 23 und 24 und den beiden Ebenen, die
an jeder Seite des Kühlraumes durch die Innenflächen der Stützen 28 bestimmt sind.
Durch vertikale Zwischenwände 31 zwischen den Stützen 28 in der Ebene der inneren
Flächen dieser Stützen bzw. den Mauerabsätzen gegenüber den Mauern 22 abgeteilt
befinden sich die vertikalen Kanäle oder Leitungen 32, welche die auf- bzw. absteigenden
Sekundärzüge um den Kühlraum herum bilden.
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Der Kälteerzeuger mit dem Ventilator, welcher nicht dargestellt ist,
ist in dem Raum untergebracht, welcher durch die vertikale Trennwand 33, parallel
zur hinteren Wand 23, abgegrenzt wird. Diese Wand 33 besitzt in jeder ihrer beiden
oberen Eckmeine rechtwinklige Öffnung 34. Dieser Raum ist somit durch diese Wand
33, die Rückwand 23, die Bodenfläche 21, die Trennwände 31 an dieser Stelle und
die Hängedecke 30 abgeschlossen.
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Eine Schicht aus Hohlsteinen 37 oder ähnlichen Hohlkörpern trägt die
Abdeckung 36, welche den Boden des Kühlraumes bildet. Diese Schicht erstreckt sich
bis senkrecht unter die Trennwände 31 und somit längs der Innenfläche der Stützen
28. Die Hohlsteine oder Hohlkörper 37 sind so verlegt, daß sie unterhalb des Kühlraumes
durchgehende, quer verlaufende Kanäle 38 bilden, die in die vertikalen Züge 32 einmünden,
entsprechend auch der Darstellung in Fig. 6.
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Nach der Anordnung von Fig.2 bestehen der Verteiler- und Sammlerkanal
je aus einer Serie von elementaren Längszügen von rechteckigem oder rechtwinkligem
Querschnitt, die längs der Kauten, welche durch die Ebenen der Decke und der Trennwände
31 bzw. der Innenflächen der Stützen 28 gebildet werden, ineinandergeschachtelt
sind. An jeder Seite ist der erste Zug' in der rechtwinkligen Öffnung 34 eingesetzt,
und die untere Trennwand weist einen horizontalen Tei139 und einen, geneigten Teil
40 auf, die durch eine Vertikalwand, etwa der Form von 41 entsprechend, mit der
Decke 3o des Kühlraumes verbunden sind. Die Decke 3o bildet also den oberen Abschluß
dieses Zuges, während die äußere Wand aus den Stützen 28 und der jeweiligen Trennwand
31 besteht. Der zweite Zug von geringerem Querschnitt, dessen äußere und obere Wandung
gleichfalls durch zwei Stützen, 28, die Trennwand 31 und die Decke 30 gebildet
wird, besitzt wieder eine untereTrennwand42 und innere Wand 43 entsprechend der
Darstellung in den Fig. 3, 4 und 5. Die Fläche der Trennwand 31 zwischen den unteren
Wänden der beiden ersten Züge 39 und 42 ist so ausgeschnitten, daß ein Durchtritt
für das Luftvolumen in den beiden ersten Zügen zu der Ableitung 32 gebildet ist.
Die untere Trennwand 42 des zweiten Kanalabschnittes ist in der Fläche der Abzweigung
32 - zwischen der Außenwand des Raumes 3 und den Stützen 28 - so weitergeführt,
daß sie den Kanal 32 nach oben hin abschließt. Gleichfalls ist die Decke 30 zwischen
den vertikalen Wänden 41 und 43 der beiden ersten Kanalabschnitte ausgeschnitten
und die vertikale Trennwand 43 des zweiten Kanalabschnittes bis zur Decke zwischen
den Trägern 27 verlängert, so daß eine Verbindung zwischen dem Innenraum des ersten
Kanalabschnittes und dem Raum zwischen der Hängedecke 3o, der Decke 26 und den entsprechenden
Trägern 27 vorliegt.
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Derartige Verbindungen sind in gleicher Weise zwischen jedem weiteren
Abschnitt der Hauptzüge einerseits zu den Abzweigungen 32 und andererseits zu dem
Raum zwischen der Hängedecke und oberen Decke des Kühlraumes und den entsprechenden
Trägern 27 vorhanden.
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Die Trennwände 31 auf der rechten Seite von Fig. 3 weisen je zwei
mit Einlaßklappen 46 versehene Öffnungen auf, die etwas oberhalb der Abdeckung 36
angeordnet sind (Fig. 6). In gleicher Weise sind in jeder Trennwand 31 auf der linken
Seite der Fig. 3 Entnahmeklappen 47 - entsprechend auch Fig.7 - vorhanden, welche
etwas unterhalb des Sammlerkanals liegen.
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Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, bestehen die Einlaßklappen 46
und Entnahmeklappen 47 aus leichten metallenen Luftklappen, die genau in die zugehörigen
Öffnungen eingepaßt sind, derart, daß sie nach beiden Seiten der Trennwand 31 durchschwingen
können und die Öffnung verschließen, wenn sie sich in der Ebene der Trennwand befinden.
Die Entnahmeklappen 47 weisen Gegengewichte 48 auf, und die Einlaßklappen 46 sind
mit Gewichtsbelastungen 49 versehen. Wenn nun keinerlei Druckeinwirkung auf die
Klappen erfolgt, werden diese durch die Gegengewichte oder Belastungsgewichte in
den Stellungen gehalten, die in den Fig. 6 und 7 gestrichelt wiedergegeben sind.
An Stelle der Gewichte bzw. Gegengewichte können auch Federn od..dgl. treten. Die
Klappen sind somit leicht geöffnet bei Stillstand des Kühll,uftkreisstromes, wobei
die Entnahmeklappen 47 etwas nach dem Kühlraum zu geöffnet und die Einlaßklappen
46 zu dem Kanalinnern geöffnet sind. Bei geringer Geschwindigkeit der Kühlluft sind
sie geschlossen, und bei starkem Überdruck bzw. Unterdruck infolge großer Geschwindigkeit
der Kühlluft öffnen sie sich in entsprechendem Maße sowohl in den Zufuhr- wie Abzugskanälen.