Manuelles Multikupplungssystem für CO2-Befüllung
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Befüllung von Kühlbehältern, insbesondere Transportkühlbehältern, oder Kühlboxen mit flüssigem Kohlendioxid (CO2) als Produkt zur Erzeugung von Kälte.
Zur Kühlung von für den Lebensmitteltransport eingesetzten isolierten Transportkühlbehältem während des Transports und während Wartezeiten wird festes Kohlendioxid, handelsüblich Trockeneisschnee genannt, eingesetzt.
Die Herstellung von Trockeneisschnee in Kühlboxen dieser Art erfolgt insbesondere dadurch, dass diese Kühlboxen mit flüssigem CO2 befüllt werden; bei Entspannung mit Atmosphärendruck entsteht neben CC>2-Gas Trockeneisschnee, der dann eine Kältespeichermasse darstellt.
Der Eisschnee, mit einer Temperatur von -78,90C, sublimiert, d.h. er geht direkt vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand über, ohne Bildung einer Flüssigphase.
Die Sublimationswärme bei -78,90C beträgt 573 kJ/kg, bei Erwärmung des entstehenden Kohlendioxidgases auf O0C beträgt die Gesamtkälteleistung 645 kJ/kg. Diese Kälteleistung wird genutzt, um die während Transport und Lagerung in den Transportbehältern einfallende Wärme zu kompensieren und somit die Einhaltung der Kühlkette zu gewährleisten.
Der benötigte Trockeneisschnee kann entweder in Form von gepressten Blöcken, Scheiben oder Pellets oder durch Einspritzung von flüssigem Kohlendioxid, handelsüblich Kohlensäure genannt, zugegeben werden.
Unabhängig von der Verwendungsmethode werden die Kühlboxen in einer Befüllstation befüllt, auf der die Kühlboxen mit das verflüssigte CO2 enthaltenden Behältern verbunden werden.
In einer solchen Befüllstation werden zuerst die Kühlboxen an entsprechende CO2 Behältern angeschlossen; der Anschluss an die CC^-Behälter kann z.B. durch Leitungen oder Schläuche erfolgen, die mit Magnetventilen, Strom- und Temperaturanzeigern oder anderen an sich bekannten Vorrichtungen dieser Art ausgerüstet sind.
Sobald die Kühlboxen an die entsprechenden CCVBehälter angeschlossen sind, wird das flüssige CO2 in die Kühlboxen eingeleitet; beim Eintreten in die Kühlboxen entspannt sich das flüssige Gas und bildet teilweise Trockeneisschnee und teilweise Gas, das unmittelbar von den Kühlboxen abgesaugt werden muss. Die Temperatur des flüssigen CO2 beträgt minus 30° bis minus 200C; am Entspannungspunkt der Flüssigkeit entsteht eine Temperatur von ungefähr minus 79° C.
Beim Entspannen der tiefkalt gelagerten flüssigen Kohlensäure in die dafür besonders entwickelte Kältezelle fallen, je nach Lagerdruck, ca. 50-60% der eingespritzten Menge als Trockeneisschnee und 40-50% als gasförmige Kohlensäure an.
Der Trockeneisschnee wird in der Kältezelle durch besonders entwickelte Einbauten, in Kombination mit der Ausführung der Einspritzvorrichtung, verteilt und verdichtet. Dies ist Voraussetzung, um eine zeitlich und örtlich dosierte Kälteabgabe an den Innenraum des isolierten Transportbehälters und somit an das gelagerte bzw. transportierte Produkt zu gewährleisten.
Die beim Einspritzen anfallende gasförmige Kohlensäure, 40-50% der gesamten Menge, muss über geeignete Vorrichtungen zuverlässig abgeführt werden, um eine unzulässige Anreicherung der Kohlensäure in der Atmosphäre der Arbeitsräume zu verhindern. Zu diesem Zweck wurden in die Kältezelle Einbauten installiert, die eine Abtrennung des Gases von den Feststoffen ermöglichen, Voraussetzung für eine verlustfreie Schneedosierung.
Bei einem typischen Befüilvorgang entstehen in 45s 6,15 bis 6,5 cbm Gas, das innerhalb dieser Zeit abgesaugt werden muss; legt man eine konstante Gasentwicklung über den gesamten Zeitraum zugrunde, müssen 137 Liter Gas pro Sekunde abgesaugt werden.
Es leuchtet unmittelbar ein, dass das Absaugen des sich in den Kühlboxen entwickelten Gases eine ganz wichtige Rolle beim gesamten Befüilvorgang spielt. Wird das Gas zu langsam oder nicht abgesaugt oder wird das Absaugen des Gases unterbrochen, so muss der Befüilvorgang auch unterbrochen werden. Die Raumluft könnte zu sehr mit CO2 angereichert werden, was im Extremfall zu Gesundheitsschäden führt.
Zum Absaugen des sich beim Befüilvorgang in der Kühlbox entwickelnden Gases wurden im Stand der Technik verschiedene Lösungen vorgeschlagen. Es wurde z.B. vorgeschlagen, Absaugvorrichtungen, wie z.B. Absaugpumpen, an eine Wand der Kühlbox anzuschließen. Ferner wurde vorgeschlagen, Öffnungen im oberen Bereich der Kühlbox zu schaffen, durch die das Gas ausströmen kann. Weiterhin wurden Kühlbehälter vorgeschlagen, die aus einer Umhüllung bestehen, die wenigstens stellenweise eine angemessene Porosität aufweist, so dass der wesentliche Teil des sich ausdehnenden Gases ausströmen kann.
Die verschiedenen, im Stand der Technik bekannten Lösungen zum Absaugen des sich ausdehnenden Gases sind aus verschiedenen Gründen unbefriedigend.
Zunächst ist die Beschaffung einer zusätzlichen Absaugpumpe an einer Wand der Kühlbox ziemlich technisch und zeitaufwendig. Zum anderen, selbst wenn die Beschaffung einer solchen zusätzlichen Absaugpumpe keine Probleme aufwirft, ist es nicht möglich, die Befüll- und Absaugfunktionen gleichzeitig zu steuern; eine automatische Unterbrechung des Befüllvorgangs im Falle eines nicht ausreichenden Absaugens des sich ausdehnenden Gases ist daher auch nicht möglich.
Bei den im Stand der Technik bekannten Befülleinrichtungen, bei denen keine zusätzlichen Absaugvorrichtungen vorgesehen sind, wird meistens kein ausreichendes Ausströmen des Gases erreicht.
Demzufolge ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorgenannten Nachteile zu beheben.
Zu der diese Aufgabe lösenden Erfindung gehört zuerst eine Kupplungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, nämlich eine Kupplungsvorrichtung für ein Multikupplungssystem zum Befüllen eines Behälters mit einem verflüssigten Gas, insbesondere CO2, die an ein das verflüssigte Gas enthaltenden Behälter anschließbar und an ein an den Behälter befestigbares Gegenkupplungselement koppelbar ist und eine zum Durchleiten des verflüssigten Gases in eine Hülse des Gegenkupplungselementes steckbarer Durchführung und zumindest eine Absaugöffnung aufweist.
Ferner gehört zu der die oben genannte Aufgabe lösende Erfindung ein Gegenkuppiungselement gemäß Anspruch 12, nämlich ein Gegenkupplungselement für ein Multikupplungssystem zum Befüllen eines Behälters mit einem verflüssigten Gas, das an einen Behälter befestigbar und an eine Kupplungsvorrichtung (21) koppelbar ist, die an einen verflüssigtes Gas enthaltenden Behälter anschließbar ist und mit einer Hülse zur Aufnahme einer Durchführung der Kupplungsvorrichtung und mit zumindest einer Absaugöffnung zur Strömungsverbindung mit einer Absaugöffnung der Kupplungsvorrichtung vorgesehen ist.
Schließlich gehört zu der die oben genannte Aufgabe lösende Erfindung ein Multikupplungssystem gemäß Anspruch 16, nämlich ein Multikupplungssystem (20) zum Befüllen eines Behälters mit einem verflüssigten Gas, wobei das Multikupplungssystem eine an ein verflüssigtes Gas enthaltenden Behälter anschließbare Kupplungsvorrichtung und ein mit dieser Kupplungsvomchtung koppelbares und an den Behälter befestigbares Gegenkupplungselement aufweist, wobei die Kupplungsvorrichtung eine zum Durchleiten des verflüssigten Gases in eine Hülse (9) des Gegenkupplungelementes steckbare Durchführung aufweist und wobei sowohl die
·· ♦··♦
Kupplungsvorrichtung als auch das Gegenkupplungselement zumindest eine miteinander in Strömungsverbindung bringbare Absaugöffnung (18, 23) aufweist.
Das entwickelte Multikupplungssystem ist mit einem Abgaskanal ausgerüstet, über den, nach Ankopplung an die Kältezelle, das anfallende Kaltgas an die auf das Gesamtsystem abgestimmte Abgasanlage abgeführt wird. Der Abgaskanal ist so ausgeführt, dass eine Vereisung bei längerem Betrieb des Systems ausgeschlossen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplungsvorrichtung mit einer Kugelverriegelungsvorrichtung ausgerüstet, die zum Koppeln der Kupplungsvorrichtung an das Gegenkupplungselement dient.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Kupplungsvorrichtung einen Näherungsschalter auf, der sich in einem ersten Schaltzustand befindet, wenn die Kupplungsvorrichtung an das Gegenkupplungselement gekoppelt ist und sich andernfalls in einem zweiten Schaltzustand befindet. Der Näherungsschalter verhindert eine unzulässige Auslösung der Kohlensäureeinspritzung, bevor eine sichere Verbindung hergestellt ist. Bei Unterbrechung der Verbindung wird die Kohlensäurezufuhr automatisch gestoppt.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die Kugelverriegelungsvorrichtung der Kupplungsvorrichtung mit einer Entriegelungsvorrichtung ausgerüstet, die bei Auftreten zu hoher Axialkräfte zwischen der Kupplungsvorrichtung und dem Gegenkupplungselement die Kugelverriegelungsvorrichtung vom Gegenkupplungselement abreißt. Die Verbindung zwischen Kupplungsvorrichtung und Gegenkupplungselement wird somit ohne Beschädigung des Anschlussschlauchs gelöst, falls der Isolierbehälter im angeschlossenen Zustand weggefahren wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen sowohl die Kupplungsvorrichtung als auch das Gegenkupplungselement zwei Absaugöffnungen auf, die beim Kuppeln der Kupplungsvorrichtung an das Gegenkupplungselement in Strömungsver-
♦ ·
■··■·■
bindung gebracht werden und das Absaugen des sich während des Befüllvorgangs im Behälter entwickelndes Gases ermöglichen.
Verschiedene weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die Bezug nimmt auf die Zeichnungen, die sich auf Ausführungsbeispiele der Erfindung beziehen, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu beschränken.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Multikupplungssystems;
Fig. 2 ist eine weitere perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Multikupplungssystems;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Befülleinrichtung, bei der das erfindungsgemäße Multikupplungssystem verwendet wird.
In Fig. 3 ist eine Kühlbox 15 dargestellt, die zum Befüllen mit flüssigem CO2 an einen das flüssige CO2 enthaltenden Behälter 16 angeschlossen wird.
Der Anschluss an den CO2-Behälter kann z.B. durch Leitungen oder Schläuche 13 erfolgen, die Vorrichtungen, wie z.B. Magnetventile, Strom oder Temperatur, anzeigen oder auch mit anderen an sich bekannten Vorrichtungen dieser Art ausgerüstet werden können. Diese Vorrichtungen gehören nicht zur vorliegenden Erfindung und werden deswegen nicht näher erläutert.
Zum Kuppeln der aus dem CC^-Behälter 16 herauskommenden Leitung 13 an die Kühlbox 15 wird ein Kupplungssystem 20 gemäß dieser Erfindung verwendet.
Zu diesem Zweck besteht das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kupplungssystem 20 aus zwei kuppelbaren Teilen, nämlich einem Versorgerteil 21 (im folgenden auch Kupplungsvorrichtung genannt) und einem Abnehmerteil 17 (im folgenden auch
Gegenkupplungselement genannt). Die Kupplungsvorrichtung 21 wird an das äußerste Ende der Leitung 13 angeschlossen; das Gegenkupplungselement 17 wird an der Kühlbox befestigt.
Zum Anschließen an das äußerste Ende der Leitung 13 ist die Kupplungsvorrichtung 21 mit einem Magnetventil 3 ausgerüstet. Das Gegenkupplungselement 17 weist ein Abnehmerblech 10 auf, das an einer Wand der Kühlbox befestigt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Abnehmerblech 10 des Gegenkupplungselements 17 Öffnungen 12 auf, die zum Aufnehmen entsprechender dargestellter Schrauben 11 dienen, die an die Wand der Kühlbox 15 festgeschraubt werden.
Wie im Folgenden näher erläutert, ermöglicht das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Multikupplungssystem 20 die Entfernung bzw. das Absaugen des sich ausdehnenden Gases bereits während des Befüllvorgangs.
Zu diesem Zweck sind im Abnehmerblech 10 des Gegenkupplungselements 17 Absaugöffnungen 23 vorgesehen, durch die das Gas ausströmen kann. Eine entsprechende in den Figuren nicht dargestellte Öffnung muss in der Wand der Kühlbox 15 geschaffen werden. Beim Befestigen des Gegenkupplungselements 17 an die Wand der Kühlbox 15 werden die im Abnehmerblech 10 vorgesehenen Absaugöffnungen 23 in Strömverbindung mit der in der Wand der Kühlbox 15 geschaffenen Öffnung gebracht.
Ferner muss die in der Wand der Kühlbox geschaffene Öffnung den Durchgang einer zum Durchführen des flüssigen CO2 in die Kühlbox 15 vorgesehene Leitung 14 ermöglichen. Diese Leitung 14 ist mit einer auf der Kupplungsvorrichtung 21 zugewandten Seite des Abnehmerblechs 10 vorgesehenen Verriegelungshülse 9 fest verbunden; zum Befüllen der Kühlbox 15 wird in diese Verriegelungshülse 9 eine Durchführung 1 der Kupplungsvorrichtung 21 gesteckt; diese Durchführung 1 steht
aus der dem Gegenkupplungselement 17 zugewandten Seite der Kupplungsvorrichtung heraus, geht durch das Gehäuse 2 der Kupplungsvorrichtung 21 hinüber und ist mit dem Magnetventil 3 verbunden.
Auf seiner dem Gegenkupplungssystem zugewandten Seite weist das Gehäuse 2 der Kupplungsvorrichtung 21 ein Vorderteil 19 auf; in diesem Vorderteil 19 ist eine Öffnung 22 vorgesehen, durch die die steckbare Durchführung 1 hindurchgreift; in dieser Öffnung 22 findet eine Kugelverriegelungsvorrichtung 4 Platz, die zum Koppeln der Kupplungsvorrichtung 21 an das Gegenkupplungselement 17 dient.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Kugelverriegelungsvorrichtung 4 mit einer in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Entriegelungsvorrichtung vorgesehen, die bei Auftreten zu hoher Axialkräfte zwischen der Kupplungsvorrichtung 21 und dem Gegenkupplungselement 17 die Kugelverriegelungsvorrichtung 4 von der Verriegelungshülse 9 abreißt.
Weiterhin sind im Vorderteil 19 des Gehäuses 2 der Kupplungsvorrichtung 21 zwei Absaugöffnungen 18 vorgesehen, die die Öffnung 22 umgeben. Beim Kuppeln der Kupplungsvorrichtung 21 an das Gegenkupplungselement 17 werden diese Absaugöffnungen 18 mit den zwei entsprechenden im Abnehmerblech 10 des Gegenkupplungselements 17 vorgesehenen Absaugöffnungen 23 in Strömverbindung gebracht, so dass eine Absaugleitung von der Kühlbox 15 bis in die Kupplungsvorrichtung 21 gebildet wird.
Diese in den Figuren nicht dargestellte Absaugleitung endet in einer im oberen Bereich des Gehäuses 2 der Kupplungsvorrichtung 21 vorgesehenen Anschlussstelle 25, an die ein in den Figuren nicht dargestelltes Absauggebläse zum Absaugen des Gases eingesetzt werden kann.
Um das Handhaben der Kupplungsvorrichtung 21 zu erleichtern, weist diese zwei Platten 7 auf, die sich im hinteren Bereich des Gehäuses 2 befinden und sich jeweils links und rechts aus diesem heraus erstrecken; hier entsprechen links und
9 *
rechts der Seite, aus der sich die Platte herausstreckt, die mit der linken bzw. rechten Hand betätigt wird.
Ferner weist die Kupplungsvorrichtung 21 zwei Griffe 6 auf, die jeweils einer Platte gegenüber angeordnet und verschiebbar sind. Beim Betätigen und Loslösen der Griffe 6 erfolgt das Entriegeln bzw. das Verriegeln der Kugelverriegelungsvorrichtung 4.
Zur Überprüfung der Kupplung der Kugelverriegelungsvorrichtung 4 in der Verriegelungshülse 9 bzw. der Kupplungsvorrichtung 21 an das Gegenkupplungselement 17 ist ein Näherungsschalter 5 vorgesehen. Zu diesem Zweck kann ein Näherungsschalter jeder an sich bekannten Art ausgewählt werden; wichtig ist es nur, dass sich der ausgewählte Schalter in einem ersten Schaltzustand befindet, wenn die Kupplungsvorrichtung an das Gegenkupplungselement richtig gekoppelt ist und sich andernfalls in einem zweiten Schaltzustand befindet.
Es kann z.B. ein Näherungsschalter ausgewählt werden, der beim Kuppeln der Kupplungsvorrichtung 21 an das Gegenkupplungselement 17 vom Abnehmerblech 10 gedrückt wird und beim Entkuppeln der Kupplungsvorrichtung 21 vom Gegenkupplungselement 17 frei gelassen wird.
Schließlich kann die Kupplungsvorrichtung 21 mit einem Taster 8 ausgerüstet werden, dessen Betätigung den Befühl- bzw. Absaugvorgang einleitet.
Im Folgenden wird eine kurze Beschreibung der Ankuppel- bzw. Entkuppeloperationen gegeben in der Voraussetzung, dass die Kupplungsvorrichtung 21 an den CO2-Behälter 16 bzw. an die Leitung 13 angeschlossen ist und dass das Gegenkupplungselement 17 an die Kühlbox 15 befestigt ist.
Als Erstes werden die Griffe 6 gegen die Platten 7 gezogen; dadurch werden die Kugeln der Kugelverriegelungsvorrichtung 4 frei.
Darauf wird die Durchführung 1 auf Anschlag in die Verriegelungshülse 9 gesteckt und werden sowohl die Griffe 6 als auch die Platten 7 losgelassen; durch Loslassen der Griffe 6 wird die Verriegelung bewirkt.
Bei einer korrekten Ankupplung der Kugelverriegelungsvorrichtung 4 in der Verriegelungshülse 9 sendet der Näherungsschalter 5 ein Signal aus; gegebenenfalls wird kein Signal ausgesendet.
Wird das Signal ausgesendet, so kann der Befüll- und Absaugvorgang durch Betätigung des Tasters 8 eingeleitet werden.
Beim Entspannen des flüssigen CO2 in die Kühlbox entsteht teilweise Trockeneisschnee und teilweise Gas; das sich ausdehnende Gas kann bereits während des Befüllvorgangs durch die Absaugöffnungen 23 des Gegenkupplungselements 17 bzw. durch die Absaugöffnungen 18 der Kupplungsvorrichtung 21 ausströmen und von dem an die Öffnung 25 des Gehäuses 2 angeschlossenen Absauggebläses abgesaugt werden.
Sobald die gewünschte Menge von Trockeneisschnee in der Kühlbox erreicht wird, wird der Befüllvorgang automatisch durch ein Zeitglied in der Steuerung beendet.
Schließlich wird die Kupplungsvorrichtung 21 vom Gegenkupplungselement 17 entkuppelt, indem die Griffe 6 wieder gegen die Platte 7 gezogen werden; die Kupplungsvorrichtung 21 kann dann vom Gegenkupplungselement 17 entfernt und evtl. an ein anderes, an eine weitere Kühlbox befestigtes Gegenkupplungselement erneut angeschlossen werden; damit kann ein neuer Befüll- bzw. Absaugvorgang eingeleitet werden.
Es versteht sich, dass bei Verwendung des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Multikupplungssystems die Befüll- und Absaugfunktionen gleichzeitig gesteuert und absolviert werden können; dies hat den Vorteil, dass keine Befüllung ohne Absaugung durchgeführt werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es auch, dass zusätzliche Absaugvorrichtungen, deren Einsetzung ziemlich aufwendig und mit hohen Kosten verbunden ist, nicht mehr nötig sind.
Weiterhin wird durch die Verwendung des Näherungsschalters erreicht, dass eine Befüllung ohne ordnungsgemäße Ankupplung ausgeschlossen ist.
Das erfindungsgemäße Multikupplungssystem lässt sich einfach und ohne großen Kraftaufwand bedienen, aber es hält auch dem während der Einspritzung entstehenden Gegendruck stand.
Die Integration des Multikupplungssystems in die für das Verfahren zu errichtende gesamte Dosierstation, einschließlich Gasabsaugung, elektrische Steuerung und Positionierung der Isolierbehälter während der Befüllung mit Trockeneisschnee ist nicht aufwendig.
Schließlich wird eine gewisse Sicherheit erreicht, indem bei zu starker Zugbelastung zwischen der Kupplungsvorrichtung und dem Gegenkupplungselement die Kugelverriegelungsvorrichtung vom Gegenkupplungselement automatisch entriegelt wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr können die verschiedensten Abwandlungen dieser Beispiele vorgenommen werden, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird.