DE10347497B4

DE10347497B4 - Vorrichtung zum Kühlen von Gegenständen und Räumen und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE10347497B4
Application number: DE2003147497
Authority: DE
Inventors: Jürgen Ullrich; Heinz-Dieter Bürger; Andreas Karsdorf; Kira Bürger; Günter Prof. Dr.-Ing. Heinrich
Original assignee: MIWE OEKOKAELTE GmbH; Miwe-Okokalte GmbH
Current assignee: MIWE OEKOKAELTE GmbH; Miwe-Okokalte GmbH
Priority date: 2003-10-13
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2023-10-14
Also published as: DE10347497A1

Abstract

Vorrichtung zum Kühlen von Gegenständen und Räumen mithilfe einer Wasserdampf absorbierenden wässrigen Lösung, mit einem die Lösung versprühenden Sprühabsorber (2; 21) einem dem Sprühabsorber (2; 21) nachgeschalteten, beheizbaren Wasser-Austreiber (6) und einem Kondensator (8) der mit dem Dampfraum des Sprühabsorbers (2; 21) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lösung versprühende Sprühabsorber (2; 21) mit dem die Gegenstände enthaltenden Raum (1) in Vebrindung steht, daß der Dampfraum des Sprühabsorber (2; 21) mitdem Kondensator (8) verbunden ist, daß eine Leitung (10) vom Austreiber (6) zu den Sprühköpfen des Sprühabsorbers (2; 21) führt, und daß eine Vakuumpumpe (14) saugseitig an den Dampfraum des Austreibers (6) und an den Kondensator (8) angeschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen von Gegenständen und Räumen mithilfe einer Wasserdampf absorbierenden wässrigen Lösung. Die Gegenstände können entweder selbst Wasser in einer offenporigen Struktur enthalten, z.B. erntefrische Gemüse und Backwaren, oder mit Wasser besprüht werden wie beispielsweise frisch gebrühte Würstchen in einer wasserdichten Verpackung. Die Erfindung ist aber auch in Klimaanlagen und Kühlräumen anwendbar, wobei eine Wand eines Wärmetauschers mit Wasser besprüht wird.

Es ist bekannt, daß Lebensmittel am Ende ihres Herstellungsprozesses mittels gekühlter Luft abgekühlt werden, zum Beispiel in Schockfrostern. Ein Mangel dieses Verfahrens liegt in der geringen Geschwindigkeit des Temperaturabfalls und der damit verbundenen Gefahr einer Vermehrung von unerwünschten Keimen, selbst wenn die Kühlluft vorher aufwändig entkeimt wurde. So ist aus der Druckschrift DE 101 28 394-A1 eine Vakuum-Kühlanlage mit kontinuierlichem Betrieb bekannt. Das Wasser verdampft im Vakuum und wird dann abgesaugt. Die Verdampfungsenergie kühlt das Kühlgut.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Kühlung ist die Sorptionskühlung: Die Druckschrift DE 197 48 362-A1 beschreibt eine derartige Anlage, in der das vorhandene Wasser unter Vakuum verdampft und von festen Sorptionsmitteln (Zeolith) adsorbiert wird. Die Desorption wird durch Temperaturerhöhung im Sorptionsmittel erreicht. Aufgrund der beschränkten Wärmeleitfähigkeit der Sorptionsmittel sind die Regenerationszeiten lang, wenn Temperaturen im Kühlgut von 10°C oder weniger erreicht werden sollen.

Es sind auch Kühlanlagen mit flüssigem Sorptionsmittel und damit kontinuierlichem Betrieb bekannt, beispielsweise aus der DE 197 35 334-C2 . Hierbei wird eine Lösung von Komponenten mit unterschiedlichen Siedepunkten in einem geschlossenen Kreislauf umgepumpt. Die Komponenten werden in einem Austreiber (Kocher) voneinander getrennt und in der Kältekammer unter Aufnahme von Energie gemischt.

Aus der Druckschrift US-5 797 272 A ist eine Vorrichtung zur Lufttrocknung in einer Klimaanlage bekannt, bei der einer mit Wasser angereicherten Absorberlösung durch Evakuierung des Dampfraums Wasser in Dampfform entzogen wird.

Schließlich zeigt die Druckschrift US-5 846 450 A eine Kühlvorrichtung mithilfe einer Wasserdampf absorbierenden wässrigen Lösung, mit einem die Lösung versprühenden Sprühabsorber, einem dem Sprühabsorber nachgeschalteten, beheizbaren Wasser-Austreiber und einem Kondensator, der mit dem Dampfraum des Sprühabsorbers verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Kühlen von Gegenständen und Räumen mithilfe einer Wasserdampf absorbierenden wässrigen Lösung anzugeben, die sich zum raschen Kühlen, bevorzugt zur Kühlung von Lebensmitteln, eignet und einen für die Keimvermehrung kritischen Temperaturbereich rascher zu durchlaufen gestattet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 definierte Vorrichtung gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und des Verfahrens zum Betrieb dieser Vorrichtungen wird auf die untergeordneten Ansprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt schematisch eine erste erfindungsgemäße Kühlvorrichtung mit einem Absorber in Form einer Rieselwand in der Kühlkammer.
1a zeigt die Rieselwand an der inneren Rückwand der in 1 von der Seite dargestellten Kühlkammer.
2 zeigt eine Variante zu 1 mit einem Sprühabsorber außerhalb der Kühlkammer.
3 zeigt eine Vorrichtung, die aufbauend auf der Vorrichtung gemäß 1 einen zusätzlichen Tiefkühlkreis besitzt.
In 1 ist eine vakuumdicht verschließbare Kühlkammer 1 zu sehen, in der feuchtes oder befeuchtetes Kühlgut rasch abgekühlt werden soll. Es kann sich um Lebensmittel mit offenporiger Struktur handeln, beispielsweise frisch gebackenes Brot, oder um Güter, die unter Vakuum keine Feuchtigkeit abgeben wie vakuumdicht verpackte Güter, deren Verpackung von außen befeuchtet wird.
In dieser Kammer befindet sich eine als Sprühabsorber wirkende Rieselwand 2, die oben über einen Sprühverteiler 3 gleichmäßig mit einer wässrigen Lösung beschickt werden kann und unten ein trichterförmiges Sammelbecken 4 besitzt, welches über eine mit einem Ventil 5 versehene Leitung mit einem Austreiber 6 verbunden ist. Bei offenem Ventil 5 stellen sich Pegel ein, deren Unterschied von den Dampfdrücken im Austreiber und dem Sammelbecken abhängt.
Die wässrige Lösung im Austreiber 6 wird über eine Heizschlange 7 erwärmt, um das Wasser aus der Lösung als Dampf auszutreiben. Das in der Heizschlange umlaufende Fluid kann beispielsweise von einem Solarpaneel stammen. Der entstehende Dampf gelangt in einen Kondensator 8, dessen Wasserauslaß durch ein Ventil 9 bei Bedarf geöffnet wird.
Der Verteiler 3 wird über eine Förderleitung 10 mit an Wasser armer Lösung aus dem Austreiber versorgt, und zwar mithilfe einer Förderpumpe 11 und über einen Luftkühler 12. Ein Expansionsgefäß 13 ist an diese Leitung 10 angeschlossen, um Druckschwankungen in dieser Leitung zu kompensieren.
Eine Vakuumpumpe 14 ist über je ein Ventil an die Kühlkammer und an den Gasraum des Austreibers angeschlossen. Mit ihr werden bei Inbetriebnahme der Vorrichtung die vorhandenen Permanentgase abgesaugt und während des Betriebs die erforderlichen Unterdrücke aufrechterhalten. Sie kann wie dargestellt zur Entlastung mit einer Voreinlaßkühlung versehen sein (Leitung 15).
Soll ein Kühlgut mit einem nennenswerten Eigen-Feuchtigkeitsgrad, z.B. frisch gebackenes Brot rasch auf Temperaturen zwischen 10°C und 2°C abgekühlt werden, dann wird das Kühlgut in die Kammer 1 geschichtet und die Kammer wird verschlossen. Die Vakuumpumpe 14 und die Pumpe zum Fördern der wässrigen Lösung werden eingeschaltet und die Lösung im Austreiber 6 wird erwärmt. Man verwendet beispielsweise eine 50-prozentige wässrige Lösung von Lithiumbromid LiBr. Aber auch Kaliumformiat KCOOH und andere Salze kommen in Frage. Die nachstehenden Tabellen enthalten abhängig von der Tempe ratur der den Kondensator 8 kühlenden Luft und der Austreibertemperatur die jeweils niedrigste Temperatur, die das Kühlgut erreichen kann: 1. Kaliumformiat KCOOH 74%
2. Lithiumbromid LiBr 60%
3. Lithiumbromid LiBr 50%
Die Lösung dieser Stoffe in Wasser ist nicht toxisch. Wie die Tabellen zeigen, ist bei Kühlluft-Temperaturen, die wie in Mitteleuropa ständig unter 40°C liegen, KCOOH gegenüber LiBr zu bevorzugen.
Die Vorrichtung gemäß 1 kann auch zum Kühlen eines Raums verwendet werden, der nicht evakuierbar ist, oder als Kältequelle einer Klimaanlage dienen. In diesen Fällen entfällt natürlich die Verbindung von der Vakuumpumpe 14 zum Raum 1. Die Rieselwand 2 kann bei beliebigen Drücken wirksam Wasserdampf absorbieren.
Die Variante gemäß 2, in der gleiche Bezugszeichen für funktionsgleiche Elemente verwendet sind, unterscheidet sich von der geschilderten Vorrichtung im wesentlichen dadurch, daß die Absorption des Wasserdampfes nicht innerhalb der Kammer 1 erfolgt, sondern in einem Sprühabsorber 21 außerhalb der Kammer. Außerdem ist der Auslaß aus diesem Sprühabsorber nicht unmittelbar mit dem Austreiber verbunden, sondern über einen Sammelbehälter 22. Wenn der Sammelbehälter wie hier dargestellt baulich unter dem Sprühabsorber liegt, ist die Einfügung eines Siphons 23 zwischen beiden erforderlich, um zu verhindern, daß der Gasraum des Sammelbehälters bei größeren Druckunterschieden unmittelbar mit dem Gasraum des Sprühabsorbers in Verbindung gerät. Der Füllstand des Siphons wird durch (nicht dargestellte) Sonden überwacht. Da der Sprühabsorber 21 mit einem evakuierten Gasraum arbeitet, der über eine Dampfleitung mit dem Raum 1 in Verbindung steht, muß in diesem Fall der Raum 1 von der Vakuumpumpe 14 evakuiert werden.
Natürlich könnte man auch ein an sich schon trockenes Kühlgut kühlen, indem man es mit Wasser besprüht, das aus der Lösung im Austreiber gewonnen wurde. Die Konzentration der Lösung wird überwacht und bei Bedarf durch Rückspeisen von Wasser aus dem Kondensator (über das Ventil 9) nachgeregelt.
Wie in 1 ist eine Vakuumpumpe an die einzelnen Elemente angeschlossen, um die Permanentgase abzuziehen und die für die gewünschte Kühlguttemperatur erforderlichen Dampfdrücke einzustellen.
Die Variante gemäß 3 unterscheidet sich grundsätzlich nicht von der Vorrichtung gemäß 2, was durch gleiche Bezugszeichen für gleichartige Elemente manifestiert wird. Hier wurde lediglich ein zusätzlicher Tiefkühlkreis angefügt, der mit geringem zusätzlichen Aufwand einen Kühlkreislauf für Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt von Wasser bietet. Er enthält einen weiteren Kreislauf für eine wässrige Lösung mit einem weiteren Sprühabsorber 25 und einem weiteren Austreiber 26 sowie einer Pumpe 27. Der Sprühabsorber 25 entzieht Wasserdampf aus einem Verdampfer 28, dessen wässrige Lösung bei Temperaturen deutlich unter 0°C in einem Tieftemperatur-Kühlkreislauf 29 umgewälzt wird. Der im Austreiber 26 entstehende Wasserdampf wird in einen Sammelbehälter 30, der auch als Verdampfer wirkt, und von dort in regelmäßigen Abständen zurück in den Verdampfer 28 geleitet. Auch aus dem Kondensator 8 kann bei Bedarf Wasser in den Sammelbehälter 30 abgelassen werden.
Die Vorrichtung mit einer weiteren Stufe gemäß 3 könnte sinngemäß auch die Vorrichtung der 1 ergänzen, sofern der Raum 1 für diesen Fall im Betrieb evakuiert wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele in allen Einzelheiten beschränkt.
So können je nach dem zu kühlenden Gut andere als die oben erwähnten Sorptionsmittel aus den Gruppen ausgewählt werden, die in den Verfahrensansprüchen erwähnt sind. Je nach dem Anwendungsgebiet kann auch ein Effekt der Entwesung oder Entkeimung bei der Wahl des Sorptionsmittels eine Rolle spielen. Grundsätzlich ist die Erfindung auch nicht auf ein- oder zweistufige Kühlvorrichtungen beschränkt, sondern kann auch weitere Stufen enthalten, wenn besonders tiefe Temperaturen erreicht werden sollen.
Manche dargestellten Ventile haben keine grundsätzliche Bedeutung für den Betrieb der Vorrichtung und wurden deshalb nicht erläutert. Sie dienen an sich bekannten Funktionen wie der Reinigung von Einzelelementen und der Belüftung von Leitungen. Um bei einer Belüftung den Eintrag von Keimen in die Vorrichtung zu verhindern, sind die entsprechenden Einlaßventile mit Filtern versehen.

Claims

Vorrichtung zum Kühlen von Gegenständen und Räumen mithilfe einer Wasserdampf absorbierenden wässrigen Lösung, mit einem die Lösung versprühenden Sprühabsorber (2; 21) einem dem Sprühabsorber (2; 21) nachgeschalteten, beheizbaren Wasser-Austreiber (6) und einem Kondensator (8) der mit dem Dampfraum des Sprühabsorbers (2; 21) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lösung versprühende Sprühabsorber (2; 21) mit dem die Gegenstände enthaltenden Raum (1) in Vebrindung steht, daß der Dampfraum des Sprühabsorber (2; 21) mitdem Kondensator (8) verbunden ist, daß eine Leitung (10) vom Austreiber (6) zu den Sprühköpfen des Sprühabsorbers (2; 21) führt, und daß eine Vakuumpumpe (14) saugseitig an den Dampfraum des Austreibers (6) und an den Kondensator (8) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumpumpe (14) saugseitig auch an den die Gegenstände enthaltenden Raum (1) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sprühabsorber (2; 21) als Rieselwand (2) ausgebildet ist, die sich innerhalb des die Gegenstände enthaltenden Raums (1) befindet.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Sprühabsorbers (2, 21) über einen Siphon (23) mit dem Austreiber (6) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Bestimmung der Konzentration der Lösung im Austreiber (6) vorgesehen sind, die auf Steuermittel einwirken, welche die Konzentration auf einem gewünschten Wert halten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Lösung durch Rückführung von Kondensat aus dem Kondensator (8) in den Kreislauf auf einem gewünschten Wert gehalten wird.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein weiterer Kreislauf für ein wässriges Lösungsmittel mit einem Sprühabsorber (25) und einem Wasser-Austreiber (26) vorgesehen ist; wobei der Dampfauslaß dieses Austreibers (26) mit einem Kondensat-Sammelbehälter (30) verbunden ist und der Dampfeinlaß des weiteren Sprühabsorbers (25) mit dem Dampfraum eines Verdampfers (28) in Verbindung steht, dessen wässrige Lösung das Tiefkühlfluid eines Tiefkühlkreises (29) bildet und durch Zufuhr von Kondensat aus dem Sammelbehälter (30) regeneriert wird.
Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung Alkali- oder Erdalkalisalze der Essig- oder Ameisensäure enthält.
Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung eine Mischung der Salze gemäß Anspruch 8 mit Alkali- oder Erdalkali-Halogeniden enthält.
Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung Alkali- oder Erdalkali-Sulfate enthält.
Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung Alkali- oder Erdalkali-Perhalogenide enthält.
Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Lösung Hydroxy- oder Polyhydroxy-Essigsäure enthält.