AT392570B

AT392570B - Verfahren zum gefrieren und aufbewahren von produkten und kaeltemittel fuer seine durchfuehrung

Info

Publication number: AT392570B
Application number: AT4389/81A
Authority: AT
Inventors: Vladimir Alexandrovic Nikolsky; Valery Mikhailovich Yagodin; Evgeny Nikolaevich Vazhnov; Efim Semenovich Bondar; Igor Petrovich Naumenko; Valery Fedorovich Vozny; Vladimir Nikolaevich Orlov; Vladimir Ivanovich Tikhonov
Original assignee: Vni Ex K I Elektro
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1981-10-13
Publication date: 1991-04-25
Also published as: DE3141202A1; GB2085565A; FR2492511A1; IT8124519A0; FR2492511B1; GB2133031B; IT1139228B; GB8327021D0; ATA438981A; PL132450B1; GB2085565B; PL233464A1; GB2133031A; DE3141202C2

Description

AT 392 570 B

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kältetechnik, insbesondere auf ein Verfahren zum Gefrieren und Aufbewahren von Produkten und ein Kältemittel für seine Durchführung.

Die Erfindung kann in der Nahrungsmittelindustrie, im Haushalt und der Medizin zum Kühlen und Gefrieren sowie zur kurzzeitigen Aufbewahrung und Dauerlagerung beliebiger Produkte, insbesondere Lebensmitteln und biologischen Produkten, und in anderen Teilgebieten der Technik, wo es darauf ankommt, Kälte auf einem Niveau von -24 °C und tiefer bei minimalem Aufwand an Elektroenergie zu erzeugen und aufrechtzuerhalten, angewandt werden.

Es ist bereits ein Verfahren zum Gefrieren und Aufbewahren von Produkten in Haushaltskompressionskühlem bekannt, welches darin besteht, daß man die Produkte in eine oder mehrere Kammern des Kühlers einbringt. In diesen Kammern werden folgende Temperaturbedingungen erzeugt: in der Kammer zum Gefrieren und zur Dauerlagerung darf die Temperatur beim Gefrieren -24 °C und bei der Dauerlagerung -18 °C nicht übersteigen; in der Kammer zur kurzzeitigen Aufbewahrung wird eine Temperatur von 0 bis 5 °C aufrechterhalten. Die kurzzeitige Aufbewahrung dauert 2 bis 7 Tage, die Dauerlagerung in Abhängigkeit vom Produkt bis zu 10 Monaten.

Solche Temperaturbedingungen werden durch die Anwendung bekannter Kühlverfahren erzeugt

Eines der energetisch besonders vorteilhaften Verfahren ist ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte mit Hilfe eines Dampfkompressionsaggregates, in dem das Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert In dem Verdampfer siedet (verdampft) das Kältemittel bei erniedrigtem Druck Pq und niedriger Temperatur. Die zum Sieden benötigte Wärme wird den abzukühlenden Gegenständen entzogen, wodurch ihre Temperatur sinkt. Der gebildete Dampf wird durch den Verdichter abgesaugt, in diesem auf einen Verflüssigungsdruck Pj verdichtet und dem Kondensat«: zugeführt, wo er mit Wasser oder Luft abgekühlt wird. Da dem Dampf Wärme entzogen wird, kondensiert dieser. Das erhaltene flüssige Kältemittel wird durch das Drosselorgan geleitet, in dem seine Temperatur und sein Druck sinken und in den Verdampfer zur nochmaligen Verdampfung zurückgeleitet, wodurch der Arbeitszyklus des Kälteaggregates geschlossen wird.

Es ist allgemein bekannt, daß es zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit des Betriebs des Kompressionskälteaggregates notwendig ist, seine spezifische Kälteleistung zu erhöhen, indem man beispielsweise die spezifische Volumenkälteleistung des Kälteaggregates erhöht oder den Fördergrad des Verdichters steigert. Bekannt ist auch, daß die Höhe des Fördeigrades des Verdichters dem Förderdruck umgekehrt und dem Saugdruck direkt proportional ist.

Zum Erreichen der das Gefrieren der Produkte bewirkenden Temperaturen, d. h. -24 °C und tiefer, verwendet man in den Dampfkompressionskälteaggregaten Aggregate, die große P^/PQ-Verhältnisse und folglich einen niedrigen Fördergrad und eine niedrige spezifische Kälteleistung aufweisen.

Es sind auch Verfahren zur Erzeugung von Kälte mit Hilfe von zwei- und mehrstufigen Kälteaggregaten bekannt, welche darin bestehen, daß das Kältemittel vom Siededruck auf den Verflüssigungsdruck nicht sofort, sondern stufenweise, d. h. in zwei oder mehreren Stufen unter Zwischenkühlung der zum Teil verdichteten Dämpfe, gelsacht wird.

Das Verhältnis des Förderdruckes zum Saugdruck des Kältemittels in jeder Stufe ist geringer als das Verhältnis seines Verflüssigungsdruckes zum Siededruck, zwischen denen der Zyklus des Stufenaggregates zustandekommt.

In den zwei oder mehrstufigen Kompressionskälteaggregaten, mit deren Hilfe die bekannten Verfahren zur Erzeugung von Kälte durchgeführt werden, wird ein geschlossener Kühlmittelkreislauf erzielt, wobei man als Kühlmittel Ammoniak und fluorhaltige gesättigte Kohlenwasserstoffe, hauptsächlich Methan- und Äthanderivate, verwendet

Die bekannten Verfahren ermöglichen die Erzeugung von Kälte von -24 °C und tief«. Außerdem ermöglichen sie die Erzeugung von Temperaturen im Bereich von 0 °C bis +5 °C, die zur Lagerung von gekühlten Produkten erforderlich sind.

Jedoch sind die bekannten Verfahren infolge der aufeinanderfolgenden Verdichtung des Kältemittels in mehreren Stufen unter Zwischenkühlung der zum Teil verdichteten Dämpfe kompliziert.

Zur Realisierung der bekannten Verfahren zur Erzeugung von Kälte werden komplizierte Aggregate benötigt, die aus mehreren Verdichtern, Drosseln, Kühlern, Verdampfern und anderen Baugruppen bestehen. Hinzu kommt, daß die Verwendung mehrerer Verdichter den Energieverbrauch erhöht und die Zuverlässigkeit verringert.

Bekannt ist auch ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte im Bereich von 0 bis +5 °C und -18 °C und tiefer mit Hilfe gesonderter Kälteaggregate für jeden Temperaturbereich. Jedes Aggregat arbeitet dabei nach dem bekannten Dampfkompressionszyklus unter Verwendung insbesondere von Difluordichlormethan als Kältemittel.

Jedoch besitzt dieses bekannte Verfahren zur Erzeugung von Kälte eine niedrige spezifische Kälteleistung auf dem Tieftemperatumiveau und einen erhöhten Energieverbrauch. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zur Erzeugung von tiefen Temperaturen (-18 °C und tiefer) eine große Differenz zwischen dem Siedepunkt und dem Kondensationspunkt und folglich ein großer Wert des Verhältnisses des Verflüssigungsdruckes Pj zum

Siededruck Pq erforderlich ist. Mit zunehmendem Verhältnis dieser Drücke nimmt der Förder- und der Wirkungsgrad des Verdichters ab, was die spezifische Kälteleistung des Kälteaggregates senkt und den -2-

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Energieverbrauch erhöht

Beirannt sich auch Verfahren zur Erzeugung von Kälte auf einem Niveau, das Abkühlung, Gefrieren und Lagerung der Produkte bei geringem Energieaufwand gewährleistet, wobei jedoch der konventionelle Zyklus des Kompressionskälteaggregates durch zusätzliche Operationen an dem Kältemittel kompliziert wird, und zwar 5 - Akkumulieren des flüssigen Kältemittels und dessen teilweise Verdampfung vor der Drosselung und • Zirkulation des flüssigen Kältemittels in zwei Leitungei, deren jede einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels auf einem Temperatumiveau von +5 °C bis 0 °C bzw. -18 °C und niedriger auf weist.

Obwohl diese Verfahren den Energieaufwand unbedeutend verringern, sind für ihre Realisierung Kälteaggregate mit komplizierten Schemata und geringerer Zuverlässigkeit erforderlich. 10 Gleichzeitig kann ein optimaler Wärmeaustauschprozeß durch Verwendung eines Gemisches von Komponenten als Kältemittel gewährleistet werden, wodurch es möglich ist, den Wirkungsgrad des Verdichtungsprozesses zu erhöhen und die spezifische Kälteleistung des Kälteaggregates zu steigern.

Bekanntlich kann eine hohe spezifische Kälteleistung mit Gemischen solcher Kältemittel erzielt werden, die jeweils unterschiedliche Siedepunkte aufweisen. Die Besonderheit der Mehrkomponentenkältemittel ist es, daß 15 aus dem verdichteten Gemisch in da- ersten Kondensationsstufe die höher siedende Komponente und in der zweiten die niedriger siedende Komponente kondensiert Die kondensierten Komponenten dehnen sich aus und sieden auf verschiedenen Temperatumiveaus, indem die erforderlichen Temperaturen der Abkühlung und des Gefrierens erzeugt werden.

Die Verwendung von binären oder Mehrkomponentenkältemitteln als Kältemittel gestattet es, verschiedene 20 Siedepunkte in den Verdampfern ohne jegliche zusätzliche Vorrichtungen zu erhalten.

Die nächstvergleichbare bekannte Lösung einer der vorgeschlagenen Erfindung ähnlichen Aufgabe ist ein Verfahren zur Erzeugung von Kälte mit Hilfe eines nach dem geschlossenen Zyklus arbeitenden einstufigen Kompressionskälteaggregates, nach dem man das Kältemittel in Form eines Gemisches von auf verschiedenen Temperatumiveaus siedenden Komponenten in einem Verdichter auf einen Druck von 20 bar verdichtet, durch die 25 Kondensation der höher siedenden Komponente zum Teil verflüssigt, das Gemisch durch Abkühlung des Direktstromes mit dem Rückstrom in einem Regenerativwärmeaustauscher vollständig verflüssigt, die im flüssigen Zustand nicht mischbaren Komponenten in der Homogenisierungszone zur Erzielung eines homogenen Gemisches vermischt, das erhaltene homogene Gemisch auf einen Druck von 3 bar drosselt, dieses durch Verdampfung der niedriger siedenden Komponente in der Zone des Verdampfers zum Teil verdampft und das 30 Gemisch durch Verdampfung der höher siedenden Komponente in der Zone des Regenerativwärmeaustauschers vollständig verdampft.

Als niedriger siedende Komponente verwendet man CO2, dessen Normalsiedepunkt -79,8 °C beträgt, und als höher siedende Komponente beispielsweise Difluordichlormethan, dessen Normalsiedepunkt -29,8 °C beträgt.

Dieses Verfahren gestattet es, eine zur Abkühlung, Einfrierung und Lagerung von Produkten erforderliche 35 Temperatur zu erzeugen, weist jedoch eine niedrige spezifische Kälteleistung und einen bedeutenden Energieverbrauch auf.

Bekannt sind Kältemittel für ein nach dem geschlossenen Zyklus arbeitendes Dampfkompressionskälteaggregat, welche ein Gemisch von Gaskomponenten, darunter Äthan und Propan, enthalten. 40 Diese Kältemittel weisen eine ungenügend hohe spezifische Volumenkälteleistung auf und bewirken eine geringe Wirtschaftlichkeit beim Betrieb des Kälteaggregates im Bereich des Kompressionsdruckes von 8 bis Mbar.

Bekannt sind auch Kältemittel für ein nach dem geschlossenen Zyklus arbeitendes Kompressionskälteaggregat, die Difluordichchlormethan und ein Gemisch von Kohlenwasserstoffen, und zwar 45 Äthan in einem Anteil von 20 bis 40 Vol.%, Propan in einem Anteil von 10 bis 30 Vol.%, Isobutan in einem Anteil von 10 bis 30 Vol.% und n-Butan in einem Anteil von 10 bis 30 Vol.% enthalten.

Solche Kältemittel sind jedoch explosions- und feuergefährlich, was ihre Verwendung in Haushaltskühlschränken unmöglich macht, an die hohe Anforderungen hinsichtlich der Explosions- und Feuergefährlichkeit gestellt werden. 50 Außerdem ist die Verwendung solcher Kältemittel mit ernsthaften Schwierigkeiten bei der Serienfertigung von Kühlschränken verbunden.

Weiterhin ist es aus der DD-PS 100 969 bekannt, binäre nicht-azeotrope Kältemittelgemische für Tiefkühlmöbel mit besonderer Gefrierzone einzusetzen. Diese unterscheiden sich von den erfindungsgemäß eingesetzten Kältemitteln zunächst dahingehend, als erfindungsgemäß Mehrkomponentenmischungen eingesetzt 55 werden. Erfindungsgemäß wird weiterhin die Verflüssigung des gasförmigen Bestandteiles durch Lösen desselben in einem anderen verflüssigten Bestandteil vorgenommen, nicht aber durch Kondensieren, wie dies beim Gegenstand der oberwähnten PS der Fall ist Dadurch wird eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades und damit eine Steigerung der spezifischen Kälteleistung erzielt, so daß auch das letztgenannte bekannte Verfahren einen wesentlich höheren Energieverbrauch bedingt als das im folgenden definierte erfindungsgemäße Verfahren. 60 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Gefrieren und Aufbewahren von Produkten und ein Kältemittel für seine Durchführung zu entwickeln, die eine Erhöhung der spezifischen Kälteleistung bei der Erzeugung erforderlicher Temperaturbedingungen sowohl bei der Abkühlung und beim Gefrieren als auch bei der -3-

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Lagerung der Produkte gewährleisten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Gefrieren und Aufbewahren von Produkten in Haushaltskompressionskühlschränken, die mittels eines Kältemittels betrieben werden, das ein Gemisch von bei verschiedenen Temperaturen siedenden Komponenten darstellt, und in denen das Kältemittel folgenden 5 aufeinanderfolgenden Schritten unterworfen wird: Verdichten auf den Betriebsdruck, teilweise Verflüssigung bis zur Bildung eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches, vollständige Verflüssigung, Abkühlung, Drosselung und teilweise und vollständige Verdampfung des Kältemittels ist dadurch gekennzeichnet, daß man die vollständige Verflüssigung des Kältemittels vor seiner Abkühlung dadurch vomimmt, daß man in den bei Betriebsdruck verflüssigten Komponenten des Gemisches diejenigen Komponenten, die bei Betriebsdruck in Dampfphase 10 vorliegen, auflöst, wobei das Kältemittel bei einem Druck von 10 bis 14 bar verflüssigt und nach der Drosselung bis auf einen Druck von 0,5 bis 3 bar verdampft wird.

Es ist zweckmäßig, in den Hashaltskompressionskühlschränken, die mindestens zwei Kältekammem aufweisen, zur Erzeugung solcher Temperaturen, die das Gefrieren und die Dauerlagerung der Produkte in einer der Kältekammem gewährleisten, das Kältemittel teilweise zu verdampfen, und zur Erzeugung solcher Temperaturen, 15 die eine kurzzeitige Aufbewahrung der Produkte gewährleisten, das Kältemittel restlos zu verdampfen und dabei das Kältemittel zweckmäßig auf einen Druck von 0,5 bis 3 bar zu drosseln.

Es kann ein Kältemittel auf Basis von Difluordichlormethan verwendet werden, welches auch mindestens eine Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen -55 °C und -85 °C in einem Anteil von 10 bis 50 Vol.%, beispielsweise CC>2 oder Trifluormonochlormethan oder Trifluormonobrommethan, eine Komponente vom 20 Normalsiedepunkt zwischen -30 °C und -55 °C in einem Anteil von 10 bis 50 Vol.%, beispielsweise Difluormonochlormethan und Propan, und mindestens eine Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen +16 °C und -30 °C in einem Anteil von 10 bis 65 Vol.%, beispielsweise Difluormonochloräthan, Difluormonochlorbrommethan und Oktafluorcyclobutan, enthält, wobei das Difluordichlormethan in einem Anteil von 10 bis 50 Vol.% eingesetzt wird. 25 Das Kältemittel kann die Komponenten in folgenden Verhältnissen enthalten (Vol.%):

Trifluormonochlormethan 10 bis 50 Difluormonochlormethan 10 bis 15 Oktafluorcyclobutan 20 bis 65 30 oder Difluordichlormethan 10 bis 50 Difluordichlormethan 10 bis 15 Trifluormonobrommethan 10 bis 50 Oktafluorcyclobutan 20 bis 65 35 oder Difluormonochlormethan 10 bis 50 Difluordichlormethan 10 bis 15 Tifluormonochlormethan 10 bis 50 Difluormonochloräthan 20 bis 65 40 oder Difluormonochlormethan 10 bis 50 Difluordichlormethan 10 bis 15 Trifluormonochlormethan 10 bis 50 Difluormonochlorbrommethan 10 bis 65 45 oder Difluormonochlormethan 10 bis 50 Difluordichlormethan 10 bis 20 Trifluormonochlormethan 5 bis 25 Oktafluorcyclobutan 20 bis 60 50 Trifluormonobrommethan 5 bis 25 Difluormonochlormethan 10 bis 50 oder co2 10 bis 45 Difluordichlormethan 10 bis 35 55 Difluormonochlormethan 10 bis 35 Difluormonochloräthan 25 bis 65

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gefrieren und Aufbewahren von Produkten und des Kältemittels für seine Durchführung gewährleistet eine bedeutende Erhöhung der spezifischen Kälteleistung der 60 Kälteaggregate, in denen sie angewandt werden, sowie deren Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen für ihre Durchführung sowie der Zeichnung näher -4-

AT 392 570 B erläutert, worin zeigt:

Fig. 1 den Betriebszyklus eines Haushaltskompressionskühlschrankes als Diagramm in den Koordinaten "Temperatur-Entropie" (T-S) und Fig. 2 das schematische Prinzip des Kälteaggregates zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das Verfahren zum Gefrieren und Aufbewahren von Produkten in Haushaltskompressionskühlschränken besteht darin, daß man die Produkte in eine oder mehrere Kältekammem einbringt, in denen die erforderlichen Temperaturbedingungen »zeugt werden.

In der Kamm» zum Gefri»en und zur Dauerlagerung wird eine Temperatur von nicht höher als -24 °C beim Gefrieren und von -18 °C bei der Dauerlagerung aufrechterhalten. In der Kamm» zur kurzzeitigen Aufbewahrung wird unter allen Betriebsbedingungen des Kühlschrankes die Temperatur im Bereich von 0 °C bis +5 °C aufrechterhalten. Solche Temperaturbedingungen w»den dadurch erzielt, daß das Kältemittel der im folgenden angeführten Folge von Vorgängen unterworfen wird, was auch durch die Fig. 1 und 2 illustriert wird.

Das Kältemittel wird in einem Verdichter (1) (Fig. 2) verdichtet (Prozeß (I-Π) in Fig. 1), unter Abfuhr von Wärme (qj) in die Umgebung abgekühlt (Prozeß (Π-ΠΙ)) und dann in einem Kondensator (2) bis zur Bildung eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches zum Teil kondensiert. Die nichtkondensierten Komponenten des Kältemittels lösen sich in den kondensierten Komponenten (Prozeß (ΙΠ-IV)) unt» Abfuhr von Wärme (q2) auf.

Dann wird das Kältemittel einem Verdampfer-Wärmeaustauscher (3) zugeführt, wo es auf eine Temperatur (Tv) abgekühlt wird (Prozeß (IV-V)); das Kältemittel wird dann in einer Drossel (4) unter Senkung der Temperatur von (Tv) auf (Tyi) gedrosselt (Prozeß (V-VI)), einem Verdampfer (5) der Kammer zum Gefrieren und zur Dauerlagerung unter Wärmeabfuhr (q-j) aus dieser Kammer bei der erwähnten Dauerlagerung sowie von den

Produkten beim Gefrieren zugeführt (Prozeß (VI-VII»; dabei wird das Kältemittel erwärmt, verdampft nur zum Teil und liegt im Dampf-Flüssigkeits-Zustand vor. Dann gelangt das im Dampf-Flüssigkeits-Zustand befindliche Kältemittel in den Verdampfer-Wärmeaustauscher (3), in dem das Kältemittel vollständig verdampft, indem es Wärme (q^) aus der Kammer zur kurzzeitig»i Aufbewahrung der Produkte abfühit und die Wärme (qj) dem aus dem Kondensator (2) in den Wärmeaustauscher (3) gelangenden v»dichteten Kältemittel entzieht

Dann gelangt das Kältemittel zur nochmaligen V»dichtung in den Verdichter (1).

Dabei ist das Verhältnis des Druckes des verdichteten Kältemittels (im nachfolgenden Kältemittel) und des entspannten (Verdichtungsverhältnis Pj/P2) bedeutend geringer als in den bekannten Verfahren. So erreicht beispielsweise das Verdichtungsverhältnis im Verdicht» des Kälteaggregats auf Basis des bekannten V»fahrens zum Gefrieren und Aufbewahren unter Verwendung von Freon-12 14. Der optimale Wert des Verdichtungsverhältnisses nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt 3 bis 5. Die Senkung des V»dichtungsverhältnisses führt zu ein» Zunahme des Fördergrades des V»dichters, der dem Verhältnis der realen Stundenförderleistung des Verdichters zur idealen, zum von dem Kolben geleisteten Stundenvolumen, gleich ist. Die Senkung des Verdichtungsverhältnisses von 14 auf 4 führt zu einer 2- bis 3-fachen Erhöhung des Wirkungsgrades des Verdichters und folglich zu einer bedeutenden Steigerung des Wirkungsgrades des Kälteaggregates.

Dadurch ist die Senkung des Energieaufwandes für das Gefrieren und Aufbewahren der Produkte bedingt

Zur vollständigen Verflüssigung des Kältemittels wird es auf einen Druck von 10 bis 14 bar verdichtet. Um es restlos zu verdampfen, genügt es, es auf einen Druck von 0,5 bis 3 bar zu drosseln.

Wenn das Kältemittel auf einen Druck unt» 10 bar oder üb» 14 bar verdichtet und auf einen Druck unter 0,5 bar od» über 3 bar gedrosselt wird, so führen die V»flüssigung des Kältemittels und seine V»dampfung die geforderte Erhöhung der spezifischen Kälteleistung des Kälteaggregats nicht herbei.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachstehend anhand eines Beispiels näher erläutert

Das im Dampf-Flüssigkeits-Zustand befindliche Kältemittel wird in einem Verdichter (1) auf einen Druck von 10 bis 14 bar verdichtet und einem Kondensator (2) zugeführt. Im Kondensator wird das Kältemittel abgekühlt, indem es Wärme an die Umgebung (Luft oder Wasser) abgibt. Infolge d» Wärmeabfuhr von den Dämpfen des Kältemittels kondensi»en die höher siedenden Komponenten desselben, d. h. das Kältemittel wird zum Teil bis zur Bildung eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches unter Beibehalten des erhöhten Druckes verflüssigt

Bei diesem Druck und einer Temperatur von 20 bis 45 °C wird das Kältemittel durch die Auflösung seiner Komponenten, die niedriger sieden und unter diesen Bedingungen im dampfförmigen Zustand vorliegen, in den verflüssigten Komponenten vollständig verflüssigt

Das verflüssigte Kältemittel kühlt man in einem Wärmeaustauscher (3) mit einer durch die teilweise Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer gebildeten Dampf-Flüssigkeits-Emulsion ab, die im Rückstrom dem Wärmeaustauscher zugeführt wird.

Dann wird das abgekühlte Kältemittel durch eine Drossel (4), in der es zu einer Senkung seines Druckes und seiner Temperatur kommt, einem Verdampfer (5) zugeführt. Bei der Drosselung senkt man den Druck des Kältemittels auf 0,5 bis 3 bar.

Im Verdampfer (5) siedet (verdampft) das Kältemittel und die Wärme wird den abzukühlenden Objekten entzogen, wodurch ihre Temperatur bis auf -30 °C sinkt. Dabei kommt es zu einer teilweisen Verdampfung, bei -5-

AT 392 570 B der der größte Teil der niedriger siedenden Komponenten verdampft Nach dem Austritt der Dampf-Flüssigkeits-Emulsion aus dem Verdampfer (5) hört die Verdampfung der niedriger siedenden Komponenten auf und es beginnt die Verdampfung der höher siedenden Komponenten des Kältemittels. Die vollständige Verdampfung des Kältemittels wird im Wärmeaustauscher (3) durchgeführt, in dem die zum Sieden desselben benötigte Wärme 5 dem Direktstrom durch den Wärmeaustausch zwischen dem Direkt- und dem Rückstrom entzogen wird.

Die gebildeten Dämpfe des Kältemittels werden durch den Verdichter (1) zum wiederholten Verdichten äbgesaugt und sie schließen dadurch den Betriebszyklus des Aggregats.

Besonders wirksam ist es, den Förderdruck bei 12 bar und den Saugdruck bei 3 bar zu halten.

Durch die Auflösung der nichtverflüssigten Komponenten des Kältemittels in seinen verflüssigten 10 Komponenten bei Durchführung des Kältezyklus in einer einstufigen Kompressionskältemaschine kann eine vollständige Verflüssigung des Kältemittels bei niedrigerem Kondensationsdruck und folglich auch bei niedrigerem Förderdruck erzielt werden. Dadurch wird es möglich, das Verhältnis des Förderdruckes zum Saugdruck zu verringern, was die spezifische Kälteleistung des Aggregates erhöht und den Wirkungsgrad des Verdichters durch die Senkung der Energieverluste in diesem steigert IS Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß man das Kältemittel so wählen, daß es die erforderlichen Temperaturen zur Aufbewahrung und zum Gefrieren bei erniedrigtem optimalen Verdichtungsgrad gewährleistet

Um diese Ziele zu erreichen, enthält das Kältemittel Difluordichlormethan vom Normalsiedepunkt -29,8 °C sowie Komponenten vom Normalsiedepunkt zwischen -SS °C und -8S °C, eine Komponente vom 20 Normalsiedepunkt zwischen -30 eC und -55 °C und Komponenten vom Normalsiedepunkt zwischen +16 °C und -30 °C.

Als solche Komponenten kommen beliebige bekannte Verbindungen, wie CO2, Trifluormonochlormethan und Trifluormonobrommethan vom Normalsiedepunkt (Normalsublimationspunkt) -79,8 °C bzw. -81 °C bzw. -57,75 °C; Difluormonochlormethan und Propan vom Normalsiedepunkt -40,8 °C bzw. -40 °C; 25 Difluormonochloräthan, Difluormonochlorbrommethan und Oktafluorcyclobutan vom Normalsiedepunkt -9,25 °C bzw. -3,4 °C bzw. -5,8 °C, in Frage.

Den niedrigsten Aufwand und folglich den größen Effekt kann man bei Verwendung von Kältemitteln erzielen, die die folgende Zusammensetzung aufweisen: 30 1) Difluordichlormethan, Trifluormonochlormethan, Difluormonochlormelhan, Difluormonochloräthan; 2) CO2, Difluordichlormethan, Difluormonochlormethan, Difluormonochloräthan; 3) Trifluormonochlormethan, Difluormonochlormethan, Oktafluorcyclobutan, Difluordichlormethan; 4) Difluordichlormethan, Trifluormonochlormethan, Difluormonochloräthan, Difluarmonochlormethan; 5) Difluordichlormethan, Trifluormonochlormethan, Difluormonochlorbrommethan, Difluormonochlor-35 methan; 6) Difluordichlormethan, Trifluormonochlormethan, Oktafluorcyclobutan, Trifluormonobrommethan, Difluormonochlormethan.

Es können auch beliebige andere mögliche Kombinationen angewandt werden. 40 Dabei sind die Komponenten in folgenden Verhältnissen einzusetzen (Vol.%):

Trifluormonochlormethan 10 bis 50 Difluormonochlormethan 10 bis 15 Oktafluorcyclobutan 20 bis 65 45 oder Difluordichlormethan 10 bis 50 Difluordichlormethan 10 bis 15 Trifluormonobrommethan 10 bis 50 Oktafluorcyclobutan 20 bis 65 50 oder Difluormonochlormethan 10 bis 50 Difluordichlormethan 10 bis 15 Trifluormonochlormethan 10 bis 50 Difluormonochloräthan 20 bis 65 55 oder Difluormonochlormethan 10 bis 50 Difluordichlormethan 10 bis 20 Trifluormonochlormethan 5 bis 25 Oktafluorcyclobutan 20 bis 60 60 Trifluormonobrommethan 5 bis 25 Difluormonochlormethan 10 bis 50 -6-

AT 392 570 B oder 10 bis 45 10 bis 35 10 bis 35 25 bis 65 co2

Difluordichlormethan

Difluormonochlormethan

Difluormonochloräthan

Wenn die niedrig siedenden Komponenten in geringeren Anteilen als oben angeführt und die hochsiedenden Komponenten in größeren Anteilen verwendet werden, so werden in den Kammern des Kühlschrankes die erforderlichen Temperaturbedingungen nicht erzeugt, d. h. in der Kammer zur kurzzeitigen Aufbewahrung sinkt die Temperatur auf unterhalb 0 °C, während in der Kammer zur Dauerlagerung die Temperatur -18 °C nicht erreicht.

Wenn die niedrig siedenden Komponenten in größeren Anteilen als oben angeführt und die hochsiedenden Komponenten in geringeren Anteilen verwendet werden, so lösen sich die niedrig siedenden Komponenten in den hochsiedenden Komponenten nicht vollständig auf und folglich werden in der Kammer zur kurzzeitigen Aufbewahrung die erforderlichen Temperaturbedingungen nicht erzeugt, d. h. die Temperatur in dieser Kammer wird höher als +5 °C sein.

Jedes Kältemittel stellt ein Gemisch von Komponenten dar, die in Ballons aufbewahrt werden. Aus jedem Ballon läßt man jeweils einen solchen Anteil der flüssigen Komponente in einen gemeinsamen Sammelbehälter fließen, deren Volumen den vorgegebenen Vol.% dieser Komponente im Gemisch entspricht.

Zunächst läßt man diejenige Komponente in den Sammelbehälter fließen, die den niedrigsten Druck der Dämpfe der verflüssigten Gase aufweist, und zwar Oktafluorcyclobutan, Difluormonochloräthan, Difluormonochlorbrommethan und Difluordichlormethan, und dann die Gase mit höherem Druck der Dämpfe der verflüssigten Gase, Difluormonochlormethan, Trifluormonobrommethan und Trifluormonochlormethan.

Nachstehend werden Beispiele für mögliche Varianten der Kombination der Komponenten zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kältemittels angeführt

Beispiel 1:

Man vermischt Difluordichlormethan, C02, Difluormonochlormethan und Difluormonochloräthan und erhält ein Kältemittel der folgenden Zusammensetzung (Vol.%):

Difluordichlormethan 20 co2 14 Difluormonochlormethan 20 Difluormonochloräthan 46

Ein solches Kältemittel gewährleistet bei seiner Verwendung in Haushaltskompressionskühlschränken einen Verdichtungsgrad von 4 bis 5 und erzeugt die notwendigen Temperaturbedingungen in den Kältekammem, und zwar in der Kammer zur kurzzeitigen Aufbewahrung eine Temperatur von 0 °C bis -t-5 °C und in der Kammer zum Gefrieren und zur Dauerlagerung eine Temperatur von nicht höher als -24 °C beim Gefrieren und von -18 °C bei der Dauerlagerung.

Beispiel 2:

Man vermischt in einem Behälter Difluordichlormethan, Trifluormonochlormethan, Difluormonochlormethan und Oktafluorcyclobutan und erhält ein Kältemittel der folgenden Zusammensetzung (Vol.%):

Difluordichlormethan 22

Trifluormonochlormethan 10

Trifluormonobrommethan 22

Difluormonochlormethan 22

Oktafluorcyclobutan 24

Ein solches Kältemittel gewährleistet einen Verdichtungsgrad des Verdichters von 4 bis 5 und die Aufrechterhaltung folgender Temperaturbedingungen: in der Kammer zur kurzzeitigen Aufbewahrung 0° bis +5 °C und in der Kammer zum Gefrieren und der Dauerlagerung nicht höher als -24 °C beim Gefrieren und -18 °C bei derDauerlagerung.

Beispiel 3:

Man vermischt in einem Behälter: Difluordichlormethan, Trifluormonochlormethan, Difluormonochlormethan und Difluormonochloräthan und erhält ein Kältemittel der folgenden Zusammensetzung (Vol.%): -7- AT 392 570 B Difluordichlormethan 15 Trifluormonochlormethan 20 Difluormonochlormethan 25 r Difluormonochloräthan 40 3 Beispiel 4: Auf die oben beschriebene Weise erhält man ein Kältemittel folgender Zusammensetzung (Vol.%): Difluordichlormethan 10 10 Trifluormonochlormetha 15 Difluormonochlormethan 25 Difluormonochloräthan 50 SsiscisLä 15 Auf die oben beschriebene Weise erhält man ein Kältemittel folgender Zusammensetzung (Vol.%): Difluordichlormethan 20 Trifluormonochlormethan 20 Difluormonochlormethan 10 20 Difluormonochloräthan 50 Beispiel 6: Auf die oben beschriebene Weise erhält man ein Kältemittel folgender Zusammensetzung (Vol.%): 25 Difluordichlormethan 20 Trifluormonochlormethan 15 Difluormonochlormethan 25 Difluormonochloräthan 40 30 Die in den Beispielen 3 bis 6 angeführten Kältemittel gewährleisten einen Verdichtungsgrad von 4 bis 5 und erzeugen in den Kältekammern des Kompressionskühlschrankes die obgenannten erforderlichen Temperaturbedingungen.

Außer den obgenannten können auch folgende Gemische bereitet werden, die die erforderlichen Temperaturbedingungen gewährleisten. 35

PgispigU; 15 50 20 15

Difluordichlormethan Trifluormonobrommethan 40 Oktafluorcyclobutan

Difluormonochlormethan

Beispiel 8: 15 30 40 15 45 Difluordichlormethan

Trifluormonobrommethan Oktafluorcyclobutan Difluormonochlormethan 50 Beispiel 9; 10 10 70 10

Difluordichlormethan Trifluormonobrommethan Oktafluorcyclobutan 55 Difluormonochlormethan

Beispiel 10: 15 50 20

Difluordichlormethan Trifluormonochlormethan Difluormonochloräthan -8- 60

AT 392 570 B

Difluormonochlormethan IS

Beispiel 11; 5 Difluordichlormethan 15 Trifluormonochlormethan 20 Difluormonochloräthan 50 Difluormonochlormethan 15 10 Beispiel 12: Difluordichlormethan 10 Trifluormonochlormethan 10 Difluormonochloräthan 70 15 Difluormonochlormethan 10 Beispiel 13; DifluOTdichlormethan 15 20 Trifluormonochlormethan 50 Difluormonochlorbrommethan 20 Difluormonochlormethan 15 Beispiel 14: 25 DifluOTdichlormethan 18 Trifluormonochlormethan 20 Difluormonochlorbrommethan 44 Difluormonochlormethan 18 30 Beispiel 15: Difluordichlormethan 10 Trifluormonochlormethan 10 35 Difluormonochlorbrommethan 70 Difluormonochlormethan 10 Beispiel 16: 40 DifluOTdichlormethan 15 Oktafluorcyclobutan 60 Difluormonochlormethan 15 Trifluormonochlormethan 5 Trifluormonobrommethan 5 45 Beispiel 17; DifluOTdichlormethan 29 Oktafluorcyclobutan 36 50 Difluormonochlormethan 11 Trifluormonochlormethan 12 Trifluormonobrommethan 12 Beispiel 18: 55 DifluOTdichlormethan 10 Oktafluorcyclobutan 30 Difluormonochlormethan 10 Trifluormonochlormethan 25 60 Trifluormonobrommethan 25 -9-

Claims

AT 392 570 B Wie Prüfungen ergeben haben, ist die maximale spezifische Kälteleistung des mit dem erfindungsgemäßen Kältemittel betriebenen Kälteaggregates bedeutend höher als bei der Verwendung bekannter Kältemittel. Außerdem kann eine Senkung der Abkühltemperatur durch Erhöhung des Prozentgehaltes an Komponenten im Gemisch herbeigeführt werden, deren Siedepunkt bei atmosphärischem Druck unterhalb -50 °C liegt. Dies senkt jedoch etwas die spezifische Kälteleistung des Kälteaggregates. Die spezifische Kälteleistung des Kälteaggregats steigt bei Erhöhung des Prozentgehaltes an Komponenten im Gemisch, deren Siedepunkt bei atmosphärischem Druck oberhalb -10 °C liegt, erheblich. Dabei steigt jedoch die Abkühltemperatur und sie kann sogar dem Siedepunkt der am höchsten siedenden Komponente nahekommen. Es sei bemerkt, daß die Temperatur (Tvj) und (Tvjj) von der konkreten Zusammensetzung des Kältemittels und vom Ansaugdruck abhängt; in der nachfolgenden Tabelle sind die Temperaturwerte (Tyi) für die Kältemittel, die in den Beispielen 1,2 und 3 angeführt sind, gegeben; die Temperaturwerte sind für einen Ansaugdruck P§ von 1,6 bar gegeben; Tabelle Nr. Qualitative und quantitative Zusammensetzung des Kältemittels Erreichbare Temperatur T^ des Kältemittels 1 CO2 14 40 °C Difluordichlormethan 20 Difluormonochlormethan 20 Difluormonochloräthan 46 2 Difluordichlormethan 22 47 °C Trifluormonochlormethan 10 Trifluormonobrommethan 22 Difluormonochlormethan 22 Octafluorcyclobutan 24 3 Difluordichlormethan 15 43 °C Trifluormonochlormethan 20 Difluormonochlormethan 25 Difluormonochloräthan 40 Was die Temperatur (Ty··) betrifft, hängt sie von der Konstruktion des Verdampfers ab, zur Gewährleistung einer Temperatur von -18 °C im Gefrierraum eines Zweiraumkühlschrankes beträgt die Temperatur (Tyjj) gewöhnlich -10 bis -16 °C: jeweils unterschiedlich ist auch die Wärmeabfuhrmenge (q3) aus dem Kühlschrankraum. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Gefrieren und Aufbewahren von Produkten in Haushaltskompressionskühlschränken, die mittels eines Kältemittels betrieben werden, das ein Gemisch von bei verschiedenen Temperaturen siedenden Komponenten darstellt, und in denen das Kältemittel folgenden aufeinanderfolgenden Schritten unterworfen wird: Verdichten auf den Betriebsdruck, teilweise Verflüssigung bis zur Bildung eines Dampf-Flüssigkeits-Gemisches, vollständige Verflüssigung, Abkühlung, Drosselung und teilweise und vollständige Verdampfung des Kältemittels, dadurch gekennzeichnet, daß man die vollständige Verflüssigung des Kältemittels vor seiner -10- AT 392 570 B Abkühlung dadurch vomimmt, daß man in den bei Betriebsdruck verflüssigten Komponenten des Gemisches diejenigen Komponenten, die bei Betriebsdruck in Dampfphase vorliegen, auflöst, wobei das Kältemittel bei einem Druck von 10 bis 14 bar verflüssigt und nach der Drosselung bis auf einen Druck von 0,5 bis 3 bar verdampft wird. 5
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Kältemittel auf Basis von Difluordichlormethan einsetzt, das auch mindestens eine Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen -55 und -85 °C, eine Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen -30 °C und -55 °C und mindestens eine Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen +16 °C und -30 °C enthält 10
3. Kältemittel zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die Komponenten in den folgenden Verhältnissen enthält (Vol.%): Difluordichlormethan 10 bis 50 15 mindestens eine Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen -55 °C und -85 °C 10 bis 50 Komponente vom Normalsiedepunkt 20 zwischen -30 °C und -55 °C 10 bis 50 mindestens eine Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen +16 °C 25 und-30°C 10 bis 65.
4. Kältemittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Komponenten vom Normalsiedepunkt zwischen -55 °C und -85 °C CC>2, Trifluormonochlormethan oder Trifluormonobrommethan, als Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen -30 °C und -55 °C Difluormonochlormethan oder Propan und als Komponente vom Normalsiedepunkt zwischen +16 °C und -30 °C Difluormonochloräthan, Difluormonochlorbrommethan oder 30 Octafluorcyclobutan enthält.
5. Kältemittel nach Anspruch 4, dadurch Verhältnissen enthält (Vol.%): gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden 35 Trifluormonochlormethan 10 bis 50 Difluormonochlormethan 10 bis 15 Octafluorcyclobutan 20 bis 65 Difluordichlormethan 10 bis 50 40
6. Kältemittel nach Anspruch 4, dadurch Verhältnissen enthält (Vol.%): gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden Difluordichlormethan 10 bis 15 Trifluormonobrommethan 10 bis 50 45 Octafluorcyclobutan 20 bis 65 Difluormonochlormethan 10 bis 50 50
7. Kältemittel nach Anspruch 4, dadurch Verhältnissen enthält (Vol.%): gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden Difluordichlormethan 10 bis 15 Trifluormonochlormethan 10 bis 50 Difluormonochloräthan 20 bis 65 55 Difluormonochlormethan 10 bis 50
8. Kältemittel nach Anspruch 4, dadurch Verhältnissen enthält (VoL%): gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden Difluordichlormethan 10 bis 15 60 Trifluormonochlormethan 10 bis 50 Difluormonochlorbrommethan 10 bis 65 Difluormonochlormethan 10 bis 50 -11- AT 392 570 B
9. Kältemittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden Verhältnissen enthält (Vol.%): Difluordichlormethan 10 bis 20 5 Trifluormonochlormethan 5 bis 25 Octafluorcyclobutan 20 bis 60 Trifluormonobrommethan 5 bis 25 Difluormonochlormethan 10 bis 50 10
10. Kältemittel nach Anspruch 4, dadurch Verhältnissen enthält (Vol.%): gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden co2 10 bis 45 Difluordichlormethan 10 bis 35 15 Difluormonochlormethan 10 bis 35 Difluormonochloräthan 25 bis 65.
11. Kältemittel nach Anspruch 10, dadurch Verhältnissen enthält (VoL%): gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden 20 co2 14 Difluordichlormethan 20 Difluormonochloräthan 46 Difluormonochlormethan 20. 25
12. Kältemittel nach Anspruch 4, dadurch Verhältnissen enthält (Vol.%): gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden Trifluormonochlormethan 10 30 Trifluormonobrommethan 22 Difluormonochlormethan 22 Difluordichlormethan 22 Octafluorcyclobutan 24. 35
13. Kältemittel nach Anspruch 7, dadurch Verhältnissen enthält (Vol.%): gekennzeichnet, daß es die Komponenten in folgenden Trifluormonochlormethan 20 Difluormonochlormethan 25 40 Difluordichlormethan 15 Difluormonochloräthan 40. 45 Hiezu 1 Blatt Zeichnung -12-