DE19622245C1 - Small container for storage of liquefied gas - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Kleinbehälter zum Speichern von verflüssigtem Gas zur Kühlung von Isoliercontainern, insbesondere für den Transport von Lebensmitteln und verderblichen Gütern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a small container for storing liquefied gas for cooling insulating containers, in particular for the transportation of food and perishable goods the preamble of claim 1.
Für die Verteilung von Kühlgut, wie Lebensmitteln und verderbliche Güter, werden auf dem Weg zwischen Erzeuger und Verbraucher Kühlfahrzeuge eingesetzt, die aus wirtschaftlichen und gesetzgeberischen Gründen meist im Frischdienst-Bereich bei Temperaturen zwischen +2°C bis +12°C betrieben werden. Gefrorenes Kühlgut, wie zum Beispiel Tiefkühlkost und Eiscreme, erfordern dagegen niedrigere Temperaturen zwischen -18°C bis - 25°C, die nur mit Spezialfahrzeugen und mit speziellen - zusätzlich gekühlten - Transportbehältnissen befördert werden können (DE 36 10 563 C2, DE 30 03 987 C1).For the distribution of refrigerated goods, such as food and perishable goods Goods are on the way between producers and consumers Refrigerated vehicles used, which are from economic and Legislative reasons mostly in the fresh food sector Temperatures between + 2 ° C to + 12 ° C can be operated. Frozen chilled goods, such as frozen food and ice cream, however require lower temperatures between -18 ° C to - 25 ° C, which only with special vehicles and with special - additional refrigerated - transport containers can be transported (DE 36 10 563 C2, DE 30 03 987 C1).
Neben den seit langem bekannten Klein- und Großcontainern, die im wärmeisolierten Aufbau des Kühlfahrzeuges angeordnet werden, in denen aufwendige Kühleinrichtungen fest eingebaut sind - oder bei Bedarf mit ihnen verbunden werden können - ist außerdem das Kühlen mit "Trockeneis"-(Kohlendioxid) Stücken bekannt. Eine Kühlung des Kühlgutes mit gleichbleibender Kälteenergie ist damit aber nicht möglich. Bei der Kühlung mit Kohlendioxideis besteht immer die Gefahr einer örtlichen Unterkühlung der Lebensmittel und die Möglichkeit säuerlicher Reaktionen. Während am Anfang bei großen Kohlendioxideismengen eine hohe Kühlleistung erzielt werden kann, ist diese nach kurzer Zeit durch (Wasser-) Eis- und Schneeauflage aus der Umgebungsluft sowie vorzeitiger Trockeneis-Sublimation stark eingeschränkt. Eine praxisnahe Kühlfahrt von zum Beispiel 6-10 Stunden kann daher ohne Beeinträchtigung der Kühlwirkung nicht durchgeführt werden.In addition to the long-known small and large containers, the be arranged in the heat-insulated body of the refrigerated vehicle, in which complex cooling devices are permanently installed - or can be connected to them if necessary - is also that Cooling with "dry ice" - (carbon dioxide) pieces known. A This is cooling the goods to be cooled with constant cooling energy but not possible. When cooling with carbon dioxide ice exists always the risk of local hypothermia and the possibility of acidic reactions. While at the beginning large amounts of carbon dioxide ice achieve a high cooling capacity can be, this is after a short time by (water) ice and Snow cover from the ambient air as well as earlier Dry ice sublimation severely restricted. A practical one Cooling run of, for example, 6-10 hours can therefore be done without Impairment of the cooling effect can not be carried out.
Die Kühlwirkung von flüssigem Stickstoff wird außer in Kleincontainern auch in kleineren Gefriergefäßen ausgenutzt. In derartigen Gefäßen werden biologische Proben und Ähnliches bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs aufbewahrt. Derartige Gefäße besitzen eine hochwertige Isolierung (Superisolation) damit der Stickstoffverbrauch nicht untragbar hoch wird. Das Bestreben bei diesen Gefriergefäßen geht zu best möglicher Isolierqualität hin. Für die Transportkühlung von Isoliercontainern sind solche Gefäße ungeeignet. Darüber hinaus sind Kleinbehälter für die Aufnahme von Kältemitteln, mit einem das Kältemittel aufnehmenden Innenbehälter und einem durch einen Isolationsraum in einem Isolationsvakuum von ihm getrennten Außenbehälter bekannt (DE-GM 18 37 143).The cooling effect of liquid nitrogen is not in Small containers also used in smaller freezers. In biological samples and the like are added to such vessels the temperature of the liquid nitrogen. Such Vessels have high-quality insulation (super insulation) nitrogen consumption is not prohibitively high. The effort with these freezers you get the best possible insulation quality. Such containers are used for the transport cooling of insulated containers not suitable. In addition, there are small containers for holding of refrigerants, with one that absorbs the refrigerant Inner container and one through an isolation room in one Isolation vacuum known from him outer container (DE-GM 18 37 143).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kleinbehälter zu schaffen, mit dem über eine vorgegebene Kühldauer eine gleichbleibende Kälteenergie bereitgestellt werden kann.The invention has for its object a generic To create small containers with which over a given Constant cooling energy can be provided can.
Ausgehend von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigten Stand der Technik ist diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Starting from that in the preamble of claim 1 This task is taken into account in the prior art solved according to the invention with the in the characterizing part of Claim 1 specified features.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are in the Subclaims specified.
Durch die Erfindung wird eine Wärmeströmung von dem den Außenbehälter umgebenden Medium zu dem Innenbehälter festgelegt und damit bei vorgegebener Geometrie des Kleinbehälters die Kühldauer, während der das im Innenbehälter angeordnete Kältemittel seine Kälteenergie an das Umgebungsmedium abgibt. Bei festgelegter Geometrie und vorgegebenem Volumen des Kleinbehäl ters vorherbestimmbar fest. Bei vorgegebenen Volumen des Kältemittels führt dies neben der festgelegten Kühldauer zu einer kontinuierlichen Kühlung mit gleichbleibender Kälteenergie. Vorzugsweise werden in den evakuierten Isolationsraum Edelgase, insbesondere Argon, einge bracht, die das Isolationsvakuum des Isolationsraums so verändern, daß eine in Abhängigkeit von dem in Isoliercontainern von Fahrzeugen gegebenen Temperatur des Umgebungsmediums die Wärmeeinströ mung in den Innenbehälter eingestellt wird. Die Wärmeeinströmung wird bevorzugt über den Argon-Partialdruck des Isolationsvakuums einge stellt, bevor der Isolationsraum des Kleinbehälters gasdicht geschlossen wird.By the invention, a heat flow from the Medium surrounding the outer container to the inner container fixed and thus with given geometry of the Small container the cooling time during which the inside container arranged refrigerant transfers its cooling energy to the Releases ambient medium. With fixed geometry and predetermined volume of the small container Predeterminable fixed. For a given volume of refrigerant in addition to the specified cooling duration, this leads to a continuous Cooling with constant cooling energy. Preferably in the evacuated isolation room noble gases, especially argon brings that change the isolation vacuum of the isolation room so that one depending on that in insulated containers of vehicles given temperature of the surrounding medium the heat inflows in the inner container. The heat inflow will preferably entered via the argon partial pressure of the insulation vacuum before the isolation space of the small container is closed gas-tight becomes.
In den Innenbehälter wird als Kältemittel ein tiefsiedendes verflüssigtes Gas, insbesondere verflüssigter Stickstoff bei -196°C gefüllt, das seine Kälteenergie an das Umgebungsmedium abgibt.A low-boiling liquefied is refrigerated in the inner container Gas, especially liquefied nitrogen filled at -196 ° C, its Releases cooling energy to the surrounding medium.
Dadurch daß im Innenbehälter eine poröse Speichermasse auf der Ba sis von SiO₂ angeordnet ist, die das tiefsiedende verflüssigte Gas auf nimmt, kann der Kleinbehälter mit topfförmiger Ausbildung, dessen Be hälteröffnung mit einem Verschlußdeckel geschlossen ist, lageunab hängig in einem Isoliercontainer mit Kühlgut angeordnet werden. Ein Austreten des flüssigen Stickstoffs ist selbst bei einem auf dem Ver schlußdeckel stehenden oder einem schräg liegenden Kleinbehälter si cher ausgeschlossen.Characterized in that a porous storage mass in the inner container on the Ba sis of SiO₂ is arranged on the low-boiling liquefied gas takes, the small container with pot-shaped training, the loading container opening is closed with a cover, positional hanging in an insulated container with refrigerated goods. On Leakage of liquid nitrogen is even on the ver closing lid standing or a sloping small container si cher excluded.
Vorteilhaft ist in dem Speichermaterial eine von der Behälteröffnung bis zum Boden durchgehende Befüllöffnung vorgesehen über die das tief siedende verflüssigte Gas in den Innenraum des Innenbehälters einge füllt wird und somit gleichzeitig über die gesamte Höhe des Kleinbehäl ters von dem Speichermaterial aufgenommen werden kann. Bevorzugt ist hierbei die Befüllöffnung in der Mitte des Kleinbehälter vorgesehen, von der aus das Kältemittel gleichförmig bis zur Wand des Innenbehäl ters vordringen kann. Vorteilhaft deckt ein Schutzsieb vor dem Spei chermaterial dieses ab, so daß keinerlei Verunreinigungen beim Befül len des Innenbehälters in den Kleinbehälter bzw. des Speichermaterial eindringen können.Is advantageous in the storage material from the container opening to through the filling opening provided through the deep boiling liquefied gas inserted into the interior of the inner container is filled and thus at the same time over the entire height of the small container ters can be absorbed by the storage material. Prefers the filling opening is provided in the middle of the small container, from which the refrigerant is uniform to the wall of the inner container ters can penetrate. A protective sieve advantageously covers the spit chermaterial this, so that no contamination when filling len of the inner container in the small container or the storage material can penetrate.
Das Speichermaterial besteht bevorzugt aus mehreren scheibenförmi gen Lagen die jeweils unter Anordnung von wärmeleitenden Distanzhal tern das gesamte Volumen des Innenbehälters ausfüllen. Durch die Di stanzhalter wird einerseits ein noch schnelleres Befüllen der Kleinbehäl ter mit tiefsiedendem verflüssigten Gas erzielt und andererseits eine gleichmäßigere Wärmeeinströmung von dem Isolationsraum zu dem Kältemittel erreicht. Die einströmende Wärme wird über die wärmelei tenden Metallnetze, vorzugsweise Kupfernetze, gleichmäßig über das gesamte Volumen des Kältemittels im Innenraum des Innenbehälters verteilt.The storage material preferably consists of several disks were each with the arrangement of thermally conductive spacers Fill the entire volume of the inner container. Through the Di On the one hand, the punch holder makes filling the small containers even faster ter achieved with low-boiling liquefied gas and on the other hand one more uniform heat inflow from the isolation room to the Refrigerant reached. The incoming heat is over the warmth tendency metal nets, preferably copper nets, evenly over the total volume of refrigerant inside the inner container distributed.
Über ein in den Isolationsraum eingebrachtes Argon-transparentes H₂-Getter wird ein konstanter Argon-Partialdruck während der gesamten Lebenszeit des Kleinbehälters erzielt. Die Konstanthaltung des Vaku umwertes erfolgt durch Sorption insbesondere von Wasserstoff aus den Wandungsmaterialien aber auch von Luft aus Minileckagen. Das die Wärmeeinströmrate bestimmende Mittel Argon wird dabei von dem Getter nicht adsorbiert.Via an argon-transparent placed in the isolation room H₂ getter becomes a constant argon partial pressure throughout Lifetime of the small container achieved. Keeping the vacuum constant Conversion is carried out by sorption, especially of hydrogen from the Wall materials but also air from mini leaks. That the Heat inflow determining agent Argon is from the Getter not adsorbed.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Kleinbehälters, Fig. 1 is a schematic representation of the small container,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Distanzhalters. Fig. 2 is a schematic representation of a spacer.
Fig. 1 zeigt einen doppelwandigen Kleinbehälter der in seiner Ge samtheit mit 10 bezeichnet ist. Der doppelwandige Kleinbehälter 10 be steht aus einem Innenbehälter 11 und einem Außenbehälter 12. Der Außenbehälter 12 umgibt den Innbehälter 11 unter Bildung eines Isola tionsraumes 13. Der zwischen Innen- und Außenbehälter ausgebildete Isolationsraum 13 wird evakuiert, beispielsweise auf 10-4 mbar. Das in dem Isolationsraum 13 angeordnete Edelgas-transparente-H₂-Getter 14 wird unter Zuführung von Wärme aktiviert, so daß der von ihm gebun dene Wasserstoff abgegeben wird. Der evakuierte Isolationsraum 13 wird anschließend mit einem Mittel geflutet bis ein empirisch ermittelter Vakuumwert eingestellt ist. Als Mittel dienen vorzugsweise Edelgase, insbesondere Argon. Anschließend wird der Isolationsraum 13 durch Abquetschen des Pumpstutzens 37 gasdicht verschlossen. Fig. 1 shows a double-walled small container which is designated in its entirety with 10 Ge. The double-walled small container 10 be consists of an inner container 11 and an outer container 12th The outer container 12 surrounds the inner container 11 to form an isolation space 13 . The insulation space 13 formed between the inner and outer container is evacuated, for example to 10 -4 mbar. The arranged in the isolation room 13 noble gas transparent H₂ getter 14 is activated with the addition of heat so that the hydrogen bound by him is released. The evacuated isolation space 13 is then flooded with an agent until an empirically determined vacuum value is set. Noble gases, in particular argon, are preferably used as agents. The insulation space 13 is then closed gas-tight by squeezing the pump connector 37 .
Der Innenbehälter 11 ist mit einem Speichermaterial 15 gefüllt, das in scheibenförmigen Lagen 17 bis 24 mit zwischen jeder Lage angeordne ten Distanzhaltern 16 im Innenraum angeordnet ist. Das poröse Spei chermaterial 15 auf der Basis von SiO₂ dient zur Aufnahme von den als Kältemitteln bevorzugt eingesetzten tiefsiedenden verflüssigten Gasen, insbesondere von verflüssigtem Stickstoff. Der tiefsiedende verflüssigte Stickstoff wird mit einer Temperatur von -196°C (77k) von dem Spei chermaterial 15 adsorbiert. Das Speichermaterial 15 und die zwischen jeder Lage 17 bis 24 vorgesehenen wärmeleitenden Distanzhalter 16 weisen eine von der Behälteröffnung 25 bis zum Boden 26 des vor zugsweise runden, und aus Edelstahl gefertigten Kleinbehälters 10 ver laufende Befüllöffnung 27 auf. Über die Befüllöffnung kann Flüssig stickstoff in den topfförmig, vorzugsweise mit kreisförmiger Seitenwand 33 ausgebildeten Innenbehälter 11 in kurzer Befüllzeit zugeführt wer den, da der Flüssigstickstoff über die gesamte Höhe des Kleinbehälters 10 sofort von dem Speichermaterial 15 adsorbiert wird. Dabei kann der Flüssigstickstoff über die zwischen den Lagen 17 bis 24 vorgesehenen wärmeleitenden Distanzleiter 16 bis unmittelbar an die Seitenwand 33 strömen und großflächig von dem Speichermaterial 15 aufgenommen werden. Zwischen den Lagen wird mittels der aus Metall oder Kupfer bestehenden Distanzhalter 16 ein Abstand 36 von 1 bis 4 mm einge stellt. Wie Fig. 2 zeigt, bestehen die Distanzhalter aus einem flächigen Metallnetz 35 mit abstehendem Metallrand 34. Der Metallrand 34 be stimmt dabei den Abstand 36 zwischen den Lagen 17 bis 24 des Spei chermaterials 15.The inner container 11 is filled with a storage material 15 which is arranged in disc-shaped layers 17 to 24 with spacers 16 arranged between each layer in the interior. The porous storage material 15 based on SiO 2 serves to accommodate the low-boiling liquefied gases, which are preferably used as refrigerants, in particular liquefied nitrogen. The low-boiling liquefied nitrogen is adsorbed by the storage material 15 at a temperature of -196 ° C (77k). The storage material 15 and the provided between each layer 17 to 24 thermally conductive spacers 16 have a from the container opening 25 to the bottom 26 of the preferably round, and made of stainless steel small container 10 ver filling opening 27 . Via the filling opening, liquid nitrogen can be supplied into the cup-shaped inner container 11 , preferably with a circular side wall 33 , in a short filling time, since the liquid nitrogen is immediately adsorbed by the storage material 15 over the entire height of the small container 10 . In this case, the liquid nitrogen can flow via the heat-conducting distance conductors 16 provided between the layers 17 to 24 directly to the side wall 33 and be absorbed over a large area by the storage material 15 . Between the layers, a distance 36 of 1 to 4 mm is provided by means of the spacers 16 made of metal or copper. As shown in FIG. 2, the spacers consist of a flat metal net 35 with a protruding metal edge 34 . The metal edge 34 determines the distance 36 between the layers 17 to 24 of the memory material 15 .
Der Kleinbehälter 10 wird mit einem Verschlußdeckel 28 geschlossen und mit einem Verschlußelement 29 verschlossen. Zwischen der Behäl teröffnung 25 und der ersten Lage 17 des Speichermaterials 15 ist ein Schutzsieb 30 vorgesehen, das das Eindringen von Verunreinigungen beim Befüllen des Innenbehälters in den kleinen Behälter 10 bzw. das Speichermaterial 15 verhindert.The small container 10 is closed with a closure lid 28 and closed with a closure element 29 . Between the container opening 25 and the first layer 17 of the storage material 15 , a protective screen 30 is provided which prevents the ingress of contaminants when filling the inner container into the small container 10 or the storage material 15 .
Der als Kälteakku ausgebildete Kleinbehälter 10 kann in einem Isolier container 31 eines Kühlfahrzeuges fest installiert sein oder zu dem Kühlgut beigepackt werden.The small container 10 designed as a cold accumulator can be permanently installed in an insulating container 31 of a refrigerated vehicle or can be packed with the refrigerated goods.
Betriebsweise:
Der mit tiefsiedendem verflüssigten Stickstoff (-196°C) gefüllte Kleinbe
hälter 10 wird in den Isoliercontainer 31 eines Kühlfahrzeuges beige
packt. Über den eingestellten Argon-Partialdruck des Isolationsraumes
13 erfolgt eine definierte Wärmeströmung von dem im Isoliercontainer
31 vorhandenen Medium 32, im Normalfall Luft, zu dem Innenbehälter
11. Der Kleinbehälter 10 stellt dabei die zur Kompensation des ständig
durch seine Wände einfallenden Wärmestromes aufzubringende Kälte
leistung zur Verfügung, die den Isoliercontainer 31 auf eine gleichblei
bende Temperatur kühlt. Dabei ist die bei vorgegebener Geometrie des
Kleinbehälters 10 vorgesehene Kühldauer definiert, während der der im
Innenbehälter angeordnete Flüssigstickstoff seine Kälteenergie an die
im Isoliercontainer 31 vorhandene Luft abgibt. Bei festgelegter Geome
trie und vorgegebenem Volumen des Kleinbehälters, d. h. bei vorgege
benem Kältemittelvolumen, legt der im Isolationsraum eingestellte Ar
gon-Partialdruck die Kühldauer des jeweiligen Kleinbehälters vorher
bestimmbar fest. Dies führt zu einer kontinuierlichen Kühlung mit
gleichbleibender Kälteenergie. Dabei führen die wärmeleitenden Di
stanzhalter im Kühlbetrieb gleichmäßig Wärme dem tiefkalten Kältemit
tel zu.Operating mode:
The Kleinbe container 10 filled with low-boiling liquefied nitrogen (-196 ° C) is packed beige in the insulated container 31 of a refrigerated vehicle. A defined heat flow from the medium 32 present in the insulating container 31 , normally air, to the inner container 11 takes place via the set argon partial pressure of the insulation space 13 . The small container 10 provides the compensation to compensate for the constantly flowing through its walls heat flow cooling power available, which cools the insulated container 31 to a constant temperature. In this case, the cooling duration provided for the given geometry of the small container 10 is defined, during which the liquid nitrogen arranged in the inner container releases its cooling energy to the air present in the insulating container 31 . With a defined geometry and a given volume of the small container, ie with a given refrigerant volume, the partial pressure of the argon set in the isolation room specifies the cooling time of the respective small container in advance. This leads to continuous cooling with constant cooling energy. The heat-conducting spacers evenly supply heat to the cryogenic refrigerant in cooling mode.
Vorteilhaft wird durch die Erfindung ein als Kälteakku ausgebildeter Kleinbehälter 10 geschaffen mit dem eine vorgegebene Kälteenergie für einen vorgegebenen Zeitraum bereitgestellt werden kann. Die Menge der abzugebenden Kälteenergie ist dabei vom aufnehmbaren Volumen des Kältemittels und der Kühldauer von der Geometrie und dem eingestell ten Vakuumwert des Kleinbehälters abhängig. Über das in den Isolati onsraum eingebrachte Argon-transparente H₂-Getter wird ein konstan ter Argon-Partialdruck während der gesamten Lebenszeit des Kleinbe hälters erzielt. Die Konstanthaltung des Vakuumwertes erfolgt durch Sorption insbesondere von Wasserstoff aus den Wandungsmaterialien aber auch von Luft aus Minileckagen. Das die Wärmeeinströmrate be stimmende Mittel Argon wird dabei von dem Getter nicht adsorbiert.The invention advantageously provides a small container 10 designed as a cold accumulator, with which a predetermined cooling energy can be provided for a predetermined period of time. The amount of cooling energy to be released depends on the volume of the refrigerant that can be absorbed and the cooling time on the geometry and the set vacuum value of the small container. A constant argon partial pressure is achieved throughout the life of the small container via the argon-transparent H₂ getter introduced into the isolation room. The vacuum value is kept constant by sorption, in particular of hydrogen from the wall materials, but also of air from mini leaks. The argon, which determines the heat inflow rate, is not adsorbed by the getter.
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