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Vorrichtung zum Schnellkühlen oder Kühlhalten von Kühlgut mittels
Trockeneis Die Verwendung von Trockeneis zu Kühlzwecken ist bekannt. Sie hat den
Vorteil, daß die Kühlwirkung außerordentlich stark ist, da Trockeneis eine Temperatur
von -78,5° C hat und seine Schmelzwärme 1.52 cal/g beträgt. Dieser starke Kühleffekt
ermöglicht zwar eine schnelle Abkühlung des Kühlgutes. Es vertragen jedoch Flaschen
normaler Wandstärke, wenn sie mit Trockeneis in Berührung gebracht werden, nicht
eine solch schnelle Abkühlung auf eine derart tiefe Temperatur; sie springen. Zudem
wirkt sich eine schnelle Abkühlung von kohlensäurehaltigen Flüssigkeiten auf zu
tiefe Temperaturen ungünstig aus.
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Es ist bekannt, beim Kühlen mittels Trockeneis eine Flüssigkeit mit
sehr niedrigem Gefrierpunkt in Berührung mit der festen Kohlensäure umlaufen zu
lassen, und diese Umlaufflüssigkeit zusammen mit dem von ihr absorbierten Kohlensäuregas
als Wärmeübertragungsmittel zu verwenden, wobei eine Pumpe die Flüssigkeit in Umlauf
halten soll. Eine solche Arbeitsweise, bei der sich mithin das Trockeneis in einer
Flüssigkeit befindet, die direkt als Kühlflüssigkeit dient, weist die Schwierigkeit
auf, daß die in der umlaufenden Kühlflüssigkeit gelöste gasförmige Kohlensäure den
Umlauf der Kühlflüssigkeit erheblich hemmt. Da die in der Kühlflüssigkeit gelösten
Kohlensäuregase bei entsprechenden Temperaturen frei werden, besteht die Möglichkeit,
daß der Umwälzpumpe Kohlensäuregas an Stelle der Flüssigkeit zeitweilig zugeführt
wird, was zur Folge hat, daß die Umwälzpumpe versagt. Zudem lassen sich bei einer
solchen Arbeitsweise nur außerordentlich niedrige Kühltemperaturen erzielen, da
die Kühlflüssigkeit mit dem Trockeneis in unmittelbarer Berührung ist und dadurch
die Verdunstung des Trockeneises schnell vonstatten geht. Derart tiefe Kühltemperaturen
sind aber häufig unerwünscht und zudem nicht notwendig.
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Es ist ferner eine Vorrichtung zum Kühlen mittels fester Kohlensäure
bekannt, bei der ein Trockeneisblock auf der oberen ringförmigen Stirnfläche einer
senkrecht angeordneten wendelförmigen Kühlschlange aufliegt, die in eine um Kühlkammern
herumgeführte Kühlschlange mündet, wobei in den Kühlschlangen eine Kühlflüssigkeit
im Kreislauf zirkuliert. Eine solche Vorrichtung weist die Schwierigkeit auf, daß
der Trockeneisblock nur mit seiner Unterfläche mit der ringförmigen oberen Fläche
der Kühlschlange in Berührung gelangt. Die direkte Kälteübertragung vom Trockeneisblock
auf die Kühlschlange ist daher verhältnismäßig gering. Im wesentlichen dürfte diese
Kälteübertragung durch das in dem Trockeneisbehälter befindliche, vom Trockeneishlock
gebildete Kohlensäuregas erfolgen. Bei der Berührung des Trockeneises mit der ringförmigen
oberen Fläche der Kühlschlange kann zudem das Leidenfrostsche Phänomen auftreten,
wodurch die direkte Kälteübertragung vom Trockeneisblock auf die Kühlschlange weiterhin
herabgesetzt wird.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schnellkühlen oder Kühlhalten
von Kühlgut, die aus einem gegen Kälteabstrahlung isolierten Kühlbehälter und einem
zur Aufnahme von Trockeneis dienenden, gegen Kälteabstrahlung isolierten Behälter
besteht, in dem eine von einer Kühlflüssigkeit durchströmte Rohrschlange angeordnet
ist. Diese Vorrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sich
das Trockeneis in einer bei unter - 80° C erstarrenden Flüssigkeit befindet, die
die Rohrschlange, deren Ein- und Austrittsenden in den mit Kühlflüssigkeit angefüllten
Kühlbehälter münden, umspült.
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Bei einer solchen Vorrichtung gelangt die gesamte Oberfläche der Rohrschlange
mit der Flüssigkeit in Berührung, in der sich das Trockeneis befindet. Die Kälteübertragung
vom Trockeneis auf die Rohrschlange erfolgt mithin außerordentlich wirksam und schnell.
Die in der Rohrschlange umgewälzte Kühlflüssigkeit gelangt, wie dies beim Kühlen
von Milchtransportkannen mittels Kühlwasser bekannt ist, mit der Oberfläche des
Kühlgutes in direkte Berührung, so daß eine schnelle und intensive Kühlung des Kühlgutes
erzielt wird.
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Zweckmäßig ist im Vor- oder Rücklauf der Rohrschlange eine Flüssigkeitsumwälzpumpe
angeordnet. Es kann jedoch auch zufolge der Kühlwirkung eine Thermosiphonwirkung
auftreten, und der Temperaturunterschied innerhalb der umlaufenden Kühlflüssigkeit
und ihre unterschiedliche Schwerkraft zur Umwälzung der Kühlflüssigkeit gegebenenfalls
herangezogen werden.
Erfindungsgemäß können der Behälter zur Aufnahme
des Trockeneises und der Kühlbehälter zur Aufnahme des Kühlgutes durch kälteleitende
Organe, wie Metallverbindungen veränderbaren Querschnitts, verbunden sein. Durch
diese Organe kann eine regelbare zusätzliche Kälteübertragung auf den Kühlbehälter
erzielt werden. Vorzugsweise können diese kälteleitenden Organe so bemessen sein,
daß die Kühlflüssigkeit im Kühlbehälter auf höchstens - 50° C abgekühlt wird.
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In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Fig. 1 zeigt die Vorrichtung in senkrechtem Schnitt; Fig. 2 ist eine
Draufsicht auf die Vorrichtung nach Entfernung der Deckel der Behälter.
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Die Kühlvorrichtung besteht aus einem Behälter 1 und einem Kühlbehälter
2 aus Metall. Die beiden Behälter 1, 2 bilden zweckmäßig ein einheitliches Aggregat.
Sie können nebeneinander oder übereinander angeordnet sein. Die Behälter 1, 2 sind
mit einer kälteisolierenden Masse 3 umkleidet. Sie können jedoch auch von doppelwandigen
Glasgefäßen mit luftleerem Zwischenraum gebildet sein. Die Behälter 1, 2, die mehreckig
oder rund sein können, weisen Deckel 4, 5 auf.
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Der Behälter 1 dient zur Aufnahme einer Flüssigkeit, die bei
unter -80° C erstarrt, beispielsweise Methylalkohol, Freon oder Äthylalkohol. In
diese Flüssigkeit wird Trockeneis, zweckmäßig in kleinen Stückchen, eingebracht.
Die Flüssigkeit im Behälter 1 kühlt sich dabei innerhalb weniger Minuten, zunächst
unter heftiger Kohlensäuregasentwicklung stark ab, maximal auf annähernd -78,5°
C.
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Im Behälter 1 ist eine Rohrschlange 6 angeordnet, deren Eintrittsende
7 und Austrittsende 8 in dem oberen bzw. unteren Teil des Kühlbehälters 2 münden.
Die Rohrschlange 6 kann aus Metall, Gummi oder Kunststoff bestehen und jede zweckmäßige
Gestaltung aufweisen.
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Im Kühlbehälter 2, der zur Aufnahme des Kühlgutes 9, beispielsweise
Flaschen, in Dosen befindliche Flüssigkeiten, wie Milch, Bier, alkoholfreie Getränke,
oder auch Nahrungsmittel, wie frisch zu haltende Brötchen, oder biologische Präparate,
.wie Sperma, dient, befindet sich ebenfalls eine Kühlflüssigkeit,- die bei unter
-80° C erstarrt, wie Freon, Methylalkohol oder Äthylalkohol. In der Rohrschlange
6, beispielsweise in seinem Vorlauf, ist eine Flüssigkeitsumwälzpumpe 10 angeordnet,
die von einer Kolbenpumpe, Membranpumpe oder Flügelradpumpe gebildet sein kann.
Die Flüssigkeitsumwälzpumpe 10 ist zweckmäßig zwischen dem Behälter 1 und dem Kühlbehälter
2 angeordnet. Sie wird von einem Motor 11 angetrieben, der zweckmäßig außerhalb
des Behälteraggregates angeordnet ist. Im Kühlbehälter 2 ist ein Thermostat 12 vorgesehen,
der über eine Regelvorrichtung 13 die Umlaufgeschwindigkeit des Motors Il und .damit
die Umwälzgeschwindigkeit der Flüssigkeitsumwälzpumpe 10 beeinflußt. Der Thermostat
12 ist von Hand einstellbar oder selbstregelnd. Er regelt die Umlaufgeschwindigkeit
der aus dem Kühlbehälter 2 über das Eintrittsende 7 in die Rohrschlange 6 des Behälters
1 strömenden und sich dort abkühlenden und alsdann über das Austrittsende 8 in den
Kühlbehälter 2 zurückströmenden Kühlflüssigkeit so, daß die Abkühlung des Kühlgutes
auf die gewünschte Temperatur und innerhalb der gewünschten Zeit erfolgt und zudem
so, daß keinesfalls die umlaufende Kühlflüssigkeit diejenige Temperatur unterschreitet,
bei der die Flaschen springen oder das Kühlgut sonstige Schäden erleiden könnte.
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Zur Übertragung der Kühlwirkung vom Behälter 1 auf den Kühlbehälter
2 können zusätzlich die beiden Behälter verbindende kälteleitende Organe vorgesehen
sein; die Behälter 1 und 2 können einen gemeinsamen Boden aus Metall aufweisen,
oder es können sonstige Metallverbindungen zwischen den Behältern 1 und 2 vorgesehen
sein. Diese kälteübertragenden Organe weisen jedoch zweckmäßig nur einen solchen
Querschnitt auf, daß eine tiefste Temperatur der kühlflüssigkeit im Kühlbehälter
2 von -50° C erreicht werden kann. Die kälteübertragenden Organe sind zweckmäßig
so eingerichtet, daß die Intensität der zusätzlichen Kälteübertragung durch sie
regelbar ist; so können diese Metallverbindungen zwischen dem Behälter 1 und dem
Kühlbehälter 2 herausnehmbar sein, oder sie können aus zwei einander berührenden
Teilen bestehen, wobei die Größe der Berührungsfläche der beiden Teile einstellbar
ist.
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Um das Kühlgut 9 im Kühlbehälter 2 standsicher aufstellen zu können,
kann in diesem ein Einsatz 14 aus Maschendraht od. dgl. vorgesehen sein, der entsprechende
Bohrungen aufweist. Die Einsatz 14 kann aus dem Behälter 2 herausnehmbar sein. Die
Behälter 1 und 2 können in ihrem unteren Teil Stutzen zum Ablassen der Kühlflüssigkeit
aufweisen. Ferner können im Kühlbehälter 2 zylindrische Behälter zum einzelnen Einsetzen
der zu kühlenden Flaschen vorgesehen sein, so daß, falls eine Flasche springen sollte,
sich ihr Inhalt nicht in die umlaufende Kühlflüssigkeit ergießt. In diese zur Aufnahme
einer jeden zu kühlenden Flasche dienenden, unten geschlossenen zylindrischen Behälter
kann dieselbe Kühlflüssigkeit eingefüllt werden, die als Umlauf-Kühlflüssigkeit
dient.