DE19755468A1 - Transportbehälter-Kühlsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, an das Transportbehälter anschließbar und mit Kälte aufladbar sind.

Ähnliche Kühlsysteme sind unter Verwendung von Feststoff-Sorptionsaggregaten bekannt, bei denen der Kältemittelkreislauf nach der Eiserzeugung in einem mobilen Verdampfer aufgetrennt wird.

In der EP 0 577 869 A1 wird ein Kühlsystem beschrieben, bei dem mittels eines Feststoff-Sorptionsaggregats u. a. ein Wasservorrat in einem doppelwandigen Behälter eines mobilen, nur zeitweise angedockten Kühlbehälters eingefroren werden kann. Das Kühlsystem weist dazu neben dem Sorptionsmittelbehälter eine vakuumdichte Arbeitsmitteldampfsammelleitung auf an die Verdampfer für ein Arbeitsmittel, z. B. als Aggregat eines Transportbehälters, an- und abdockbar sind. Für den Betrieb ist weiterhin eine Vakuumpumpe notwendig, um bei der Verwendung von Zeolith als Sorptionsmittel und Wasser als Arbeitsmittel nach jedem An- und Abdockvorgang ein ausreichendes Vakuum zu erzeugen, damit ein Teil des Wasser bei tiefen Temperaturen verdampfen und dadurch der Rest vereisen kann. Aufgrund der hohen Schmelzenthalpie des Eises von 334 kJ/kg stellt dieses bei entsprechender Gestaltung des doppelwandigen Behälters anschließend für mehrere Stunden eine Wärmesenke dar, mit deren Hilfe Kühlgut bei nahezu konstanten Temperaturen knapp über dem Gefrierpunkt gelagert und transportiert werden kann, ohne daß die Zufuhr von Energie erforderlich ist. Das Verfahren erfordert einerseits zum Einfrieren ein Vakuum deutlich unterhalb des Tripelpunktsdrucks von 6,11 mbar und andererseits einen sehr hohen apparativen Aufwand für die Sorbens-Behälter mit integrierten Wärme­ austauschern für das Ein- und Auskoppeln von Desorptions- und Adsorptionsenthalpie und darüber hinaus eine sehr aufwendige Steuerung und Regelung. Allein durch die stets notwendige Vakuumdichtheit der Anschlüsse sowie das regelmäßige Nachevakuieren des Kältemittelkreislaufes (Sammelleitung und Sorptionsmittel­ behälter) ist das Kühlsystem störanfällig. Und selbst bei optimaler Ausführung des Systems ist die Vereisungszeit und damit die Speicherzeit für die Kälteenergie lang, und der Energieverbrauch ist wegen des prozeßbedingt geringen Kühl-Wärme­ verhältnisses hoch.

Weiterhin sind aus der Luftfahrt rollende Servierwagen für Lebensmittel - sogenannte Trolleys - bekannt, die entweder für längere Dauern mit Trockeneis oder kurzzeitig mit in Umluftkühlschränken stark unterkühlten, massiven Aluminium-Innenwänden gekühlt werden. Während die Trockeneisvariante energie- und damit kostenintensiv ist und zusätzlich im Flugzeuginnenraum eine zu hohe CO₂-Konzentration verursacht, ist die Kühlung aufgrund der geringen spezifischen Wärmekapazität des Aluminiums von lediglich 0,896 kJ/kg.K) nur kurzzeitig einsetzbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung eines Transportbehälter­ kühlsystems im Normalkühl- und Tiefkühlbereich mit kurzen Kältespeicherzeiten und langen Kühldauern sowie einfacher Kältenachladung nach erfolgter Teilentladung, geringem apparativen und regelungstechnischen Aufwand und niedrigem Energieverbrauch.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5. Die Unteransprüche geben weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Transportbehälterkühl­ systems, bei dem Transportbehälter an ein Kühlsystem angeschlossen und mit Kälte aufgeladen werden, wird die Kälte in einem stationären oder mobilen Binäreis- Erzeuger produziert und als flüssiges Eis über ein Vorlaufleitungssystem in hier angeschlossene Binäreis-Speicher von mobilen Transportbehältern gepumpt. Es durchläuft diese Binäreis-Speicher unter Verdrängung bereits zu Kühlzwecken benutzten Wassers (also abgeschmolzenen Binäreises) und wird über ein Nachlauf­ leitungssystem zum Binäreis-Erzeuger zurückgeführt, wobei die Steuerung des Pumpvorganges zeit-, mengen- oder temperaturabhängig erfolgt.

Der beim erfindungsgemäßen Verfahren genutzte Binäreis-Erzeuger ist ein aus Supermarkt-Vitrinenkühlsystemen bekanntes Aggregat, das mittels Kaltdampf­ kompressionstechnik und umweltverträglichen Kältemitteln eine Suspension aus feinsten Eiskristallen, Wasser und einem gefrierpunkterniedrigenden Stoff (z. B. Kochsalz) erzeugt. Der Gefrierpunkt dieses pumpfähigen Eises beträgt -1 bis -40°C, und die spezifische Schmelzenthalpie kann in Abhängigkeit vom gefrierpunkt­ erniedrigenden Stoff auf Werte oberhalb von 300 kJ/kg eingestellt werden.

Die Erfindung teilt den Kühlmittelkreislauf auf nachdem Eis, in dem sehr große Kältemengen gespeichert sind, zu einem Verbraucher gepumpt wurde. Die bisherige Herangehensweise an die Lösung des Problems der Kühlung von Transportbehältern, die technisch kritische Aufteilung des Kältemittelkreislaufes, wird dadurch durchbrochen.

Zur Steuerung des Pumpvorgangs werden bei einer Ausgestaltung die Temperaturen im Vorlauf- und im Nachlaufleitungssystem gemessen und verglichen, und der Pumpzyklus wird bei annähernd gleichen Temperaturen abgebrochen. Das Messen der Temperaturen im Vorlaufleitungssystem erfolgt zwischen der Umwälzpumpe und dem ersten Transportbehälteranschluß und im Nachlaufleitungssystem nach dem Auslaß aus dem Binäreis-Speicher der Transportbehälter bzw. vor dem Eintritt in den Binäreis-Erzeuger.

Bei anderen Ausgestaltungsvarianten wird die Befüllung der Binäreis-Speicher der Transportbehälter mittels eines Durchlaufvolumenzählers für das Binäreis oder durch eine Befüllzeitmessung geregelt.

Der Binäreis-Erzeuger produziert Binäreis der gewünschten Temperatur und der gewünschten Schmelzenthalpie. Mit einer Umwälzpumpe wird das Binäreis durch ein Vorlaufleitungssystem in einen Binäreis-Speicher des jeweiligen Transportbehälters gepumpt, der mittels automatischer Vorrichtung an das Vorlaufleitungssystem angedockt ist. Innerhalb weniger Minuten ist ein Behälter mit Binäreis gefüllt und kann abgedockt werden. Er kann dann für mehrere Stunden- Kühlgut auf konstantem Temperaturniveau halten, das über den gefrierpunkterniedrigenden Stoff einstellbar ist; daher können Normkühl-Behälter knapp über dem Gefrierpunkt und Tiefkühlbehälter im Bereich unterhalb von -20°C mit Kälte betrieben werden. Nachdem das Eis abgeschmolzen ist, kann der Transportbehälter wieder an denselben oder einen anderen Binäreis-Erzeuger angedockt und mit Kälte aufgeladen werden. Ebenso ist es möglich, daß ein Transportbehälter einige Zeit im stationären Kühlbetrieb an einem Binäreis-Erzeuger betrieben wird.

Bei mobilen Binäreis-Erzeugern ist vorgesehen, diese auch in Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugen, vorzugsweise direkt oder in der Nähe von Kälteverbrauchern, z. B. Bordküchen, anzuordnen. Zusätzlich zu den Anschlüssen für die Binäreis-Speicher der mobilen Transportbehälter können hier über ein gesondertes Vorlauf- und Nachlaufleitungssystem weitere stationäre Kälteverbraucher angeschlossen sein.

Transportbehälter im Sinne der Erfindung können auch Lieferfahrzeuge für gekühlte Lebensmittel sein, deren jeweiliger Kühlraum über einen Binäreis-Speicher verfügt, der in der beschriebenen Weise an ein Vorlauf- und Nachlaufleitungssystem eines Binäreis-Erzeugers an- und abdockbar ist und mit Binäreis gefüllt werden kann.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 das Transportbehälterkühlsystem und

Fig. 2 das Transportbehälterkühlsystem mit zusätzlichen stationären Kälteverbrauchern.

In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungen der Erfindungsgedanken dargestellt: Ein Binäreis-Erzeuger 1 ist an ein Vorlaufleitungssystem 2 und ein Nachlauf­ leitungssystem 3 angeschlossen. Für das Vorlauf- und das Nachlaufleitungssystem können Rohrleitungen mit kleinen Querschnitten genutzt werden. Mit einer Umwälzpumpe 4 wird das Binäreis 10, dessen Temperatur mittels eines Thermoelements 14 überwacht wird, durch das Vorlaufleitungssystem 2 gepumpt. An dieses ist mittels automatischer Kupplung 6 ein Binäreis-Speicher 7 des Transportbehälters 8 angeschlossen. In den doppelwandigen Binäreis-Speicher 7 wird das Binäreis 10 bei geöffnetem Ventil 5 hineingepumpt. Der Binäreis-Speicher 7 ist nach außen thermisch isoliert und kühlt über die Innenwand das einzulagernde Kühlgut. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Binäreis-Speicher 7 als Labyrinth ausgebildet, um Binäreis-Kurzschlüsse vom Einlaß zum Auslaß zu verhindern.

Die Nachlauftemperatur wird mittels eines Thermoelements 13 überwacht, das sich am Ende der Nachlaufleitung vor dem Speicher des Binäreis-Erzeugers 1 befindet. Bei identischen oder nahezu identischen Temperaturen am Vorlauf und am Nachlauf wird der Befüllvorgang mit Binäreis und damit die Kältespeicherung als abgeschlossen betrachtet und das Ventil 5 wieder geschlossen. Ebenso ist es möglich, Temperaturfühler in jedem Transportbehälter anzubringen, um die Temperatur und damit den Ladezustand des Binäreises einzeln zu bestimmen. In der Folge können weitere Transportbehälter 11, 12 etc. auf die gleiche Weise mit Binäreis gefüllt werden.

Die geladenen Transportbehälter können dann mit Kühlgut beladen werden und dieses während eines mehrstündigen Transports kühlen. Zum Wiederaufladen können sie zum Binäreis-Erzeuger 1 zurücktransportiert werden. Sie können jedoch ebenso an einem anderen Ort an einen anderen Binäreis-Erzeuger angeschlossen werden und dort mit Kälte wieder aufgeladen oder stationär mit Kälte versorgt werden. An diesen anderen Binäreis-Erzeuger, der sich z. B. in der Bordküche von Zugrestaurants, Schiffen oder Flugzeugen befindet, können über ein weiteres Vorlaufleitungssystem 15 zusätzliche stationäre Kälteverbraucher 16, wie z. B. Flaschen- und Durchlaufkühler sowie gekühlte Schauvitrinen etc., angeschlossen und mit handelsüblicher Temperaturregeltechnik temperiert werden.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betrieb eines Transportbehälterkühlsystems, bei dem Transportbehälter an ein Kühlsystem angeschlossen und mit Kälte aufgeladen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälte in einem stationären oder mobilen Binäreis-Erzeuger produziert und als flüssiges Eis über ein Vorlaufleitungssystem in hier angeschlossene Binäreis-Speicher von mobilen Transportbehältern gepumpt wird, es diese Binäreis-Speicher unter Verdrängung des bereits zu Kühlzwecken benutzten abgeschmolzenen Binäreises durchläuft und über ein Nachlaufleitungssystem zum Binäreis-Erzeuger zurückgeführt wird, wobei die Steuerung des Pumpvorgangs zeit-, mengen- oder temperaturabhängig erfolgt.

2. Verfahren zum Betrieb eines Transportbehälterkühlsystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befüllung der Binäreis-Speicher der Transportbehälter mit frischem Binäreis dadurch geregelt wird, daß die Temperaturen im Vorlauf- und im Nachlauf­ leitungssystem gemessen und verglichen werden und der Pumpzyklus bei annähernd gleichen Temperaturen abgebrochen wird.

3. Verfahren zum Betrieb eines Transportbehälterkühlsystems nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen im Vorlaufleitungssystem zwischen der Umwälzpumpe und dem ersten Transportbehälteranschluß und im Nachlaufleitungssystem vor dem Eintritt in den Binäreis-Erzeuger verglichen werden.

4. Verfahren zum Betrieb eines Transportbehälterkühlsystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Befüllung der Binäreis-Speicher der Transportbehälter mit frischem Binäreis dadurch geregelt wird, daß mittels eines Durchlaufvolumenzählers die für einen Binäreis-Speicher des Transportbehälters maximale Menge begrenzt wird, oder daß die Befüllzeit gemessen und begrenzt wird.

5. Transportbehälterkühlsystem nach Anspruch 1, bestehend aus mobilen Transportbehältern, die an ein Kühlsystem angeschlossen und mit Kälte aufgeladen werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein stationär angeordneter oder ein mobiler Binäreis-Erzeuger (1) über ein Vorlauf- und Nachlaufleitungssystem (2, 3) mit an diese Leitungssysteme anschließbare Binäreis-Speicher (7) der mobilen Transportbehälter (8) verbunden ist und eine zeit-, mengen- oder temperaturabhängig gesteuerte Umwälzpumpe (4) für flüssiges Eis im Vorlaufleitungssystem (2) angeordnet ist.

6. Transportbehälterkühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Binäreis-Erzeuger (1) über einen Speicher verfügt.

7. Transportbehälterkühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur temperaturabhängigen Steuerung der Umwälzpumpe (4) Meßpunkte (13,14), vorzugsweise Thermoelemente, im Vorlaufleitungssystem (2) zwischen der Umwälzpumpe (4) und dem ersten Transportbehälteranschluß (6) und im Nachlaufleitungssystem (3) vor dem Eintritt in den Binäreis-Erzeuger (1) vorgesehen sind.

8. Transportbehälterkühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Umwälzpumpe (4) Volumenzähler zur Volumenmessung von Binäreis im Vorlaufleitungssystem (2) vorgesehen sind oder eine Zeitmeßvorrichtung für die Begrenzung der Betriebsdauer der Umwälzpumpe (4) verwendet wird.

9. Transportbehälterkühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Binäreis-Speicher (7) in den Transportbehältern (8) als Labyrinth ausgebildet sind.

10. Transportbehälterkühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mobile Binäreis-Erzeuger (1) in Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugen, vorzugsweise direkt in oder in der Nähe von Kälteverbrauchern angeordnet ist.

11. Transportbehälterkühlsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Binäreis-Erzeuger (1) in Land-, Wasser- oder Luftfahrzeugen zusätzlich zu den Anschlüssen für die Binäreis-Speicher (7) der mobilen Transportbehälter (8) über ein gesondertes Vorlaufleitungssystem (15) zu stationären Kälteverbrauchern (16) verfügt.

12. Transportbehälterkühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportbehälter (8, 11, 12) Lieferfahrzeuge für gekühlte Lebensmittel sind, deren jeweiliger Kühlraum einen Binäreis-Speicher (7) aufweist, der über Anschlüsse an ein Vorlauf- und Nachlaufleitungssystem (2, 3) eines Binäreis-Erzeugers (1) an- und abdockbar ist und mit Binäreis gefüllt werden kann.