DE2131430A1

DE2131430A1 - Gefrierraeume mit Kaeltespeicher

Info

Publication number: DE2131430A1
Application number: DE19712131430
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: ACCESSAIR SA
Current assignee: ACCESSAIR SA
Priority date: 1970-07-14
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1972-01-20
Also published as: GB1327846A; DE2131430C2; US3747364A; FR2098401B1; FR2098401A1; AT308155B

Description

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DR. F. Vi ή HENLEITNSR O 1 3 1 U "λ Π

^K!<ü:k ACCESSAIR S.A., Zug (Schweiz)

Gefrierräume mit Kältespeicher

Die Erfindung bezieht sich auf Gefriertruhen oder Gefrierfächer mit Kältespeicher.

Es ist bekannt, in Gefriertruhen Speicherkörper anzuordnen, denen während des Betriebes Kristallisationswärme entzogen wird, so dass beispielsweise bei Stromausfall eine ausreichend tiefe Temperatur über längere Zeit auch ohne Betrieb der Kältemaschine aufrecht erhalten wird. Als Speichermassen finden eutektische Kryohydrate Verwendung, die bei Normaltemperatur flüssig sind, während sie bei Kompressorbetrieb kristallisieren. Diese Massen sind in Behältern untergebracht, die gleichzeitig von den Wärmetauschrohren des Kältemittelverdampfers durchzogen werden.

Den zu erwartenden Vorteilen stehen aber bedeutende Nachteile gegenüber, so dass sich Kältespeicher auf diesem Gebiete nicht durchsetzen konnten. Es zeigte sich nämlich, dass alle Kryohydrate, dies sind eutektische Systeme, die aus ionogenen Verbindungen und Wasser bestehen, beim Kristallisieren eine grosse Dichte änderung erfahren, so dass die Wandungen der Behälter grossen mechanischen Wechselbelastungen unterworfen sind. Es hat sich weiterhin gezeigt, dass die bei Kältebetrieb kristallisierenden Substanzen oft schon nach wenigen Monaten Betriebsdauer nicht mehr im entsprechenden Temperaturbereich arbeiten. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die zur Verhinderung der Unterkühlung der Speichermasse zugesetzten Impfkristalle und auch die spezifisch schwereren Bestandteile des Eutektikums sich am Gefässboden sammeln, so dass entweder die durch gleichmässig in der Speichermasse verteilte Impfkristalle im Normalbetrieb verhinderte Unterkühlung nicht mehr

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unterbunden wird, die Kristallisationstemperatur also zu tieferen Werten absinkt oder dass durch Veränderung des Gewichts Verhältnisses der ein Eutektikum bildenden Komponenten die eutektische Temperatur nicht mehr erreicht wird, die Kristallisationstemperatur sich also zu grösseren Werten hin verändert.

Ein weiterer Nachteil bekannter Lösungen besteht darin, dass die Verdampferrohre von der Speichermasse umgeben sind. Hierdurch wird der Wärmeübergang zwischen den Verdampferrohren und der Wandung des Kühlgutbehälters bedeutend verschlechtert, so dass neu eingebrachtes Kühlgut wesentlich längere Zeit zum Einfrieren benötigt.

Die Erfindung bezieht sich auf S pe icher kör pe r, die diese genannten Nachteile nicht haben. Gemäss der Erfindung besteht der Speichermas se nbehälter aus zumindest zum Ausgleich der Dichteänderung in ausreichendem Umfang verformbaren Kunststoffolien, die durch Verschweissung längs vorgegebener Nähte und gegebenenfalls auch Punkten ■elastische-Hohlgefässe bilden* in denen die Speichermasse eingeschlossen ist. Die Doppelwandfolie wird vorzugsweise über die gesamte äussere Oberfläche des Kühlgutbehälters angeordnet, so dass die erforderliche Schichtdicke der Speichermasse im Mittel nur einige Millimeter beträgt. Durch diese Anordnung ist der hochwertige Wärmekontakt zwi- W sehen den Verdampferrohren und dem Kühlgutbehälter nicht unterbunden. Die metallische Wandung des Kühlgutbehälters dient dabei nicht nur der Wärme zuleitung von Wärme aus dem Kühlgut und aus der Isolation, sondern ausserdem zur Zuführung der Wärme aus dem Doppelwandgefäss mit Speichermasse.

Als Speichermasse finden homogene Mischungen, z.B. Methanol + Wasser, Verwendung. Die Speichermasse kann jedoch auch in an sich bekannter Weise aus schmelzbaren eutektischen Gemischen bestehen. Dieser Masse werden dann erfindungsgeniäss in gleichmässiger räumlicher Verteilung

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Impfkristalle zugesetzt, deren Lage durch eine Gerüstsubstanz, z. B. eine gelbildende Beimischung, fixiert wird. Erfindungsgemäss wird der Speicherkörper zwischen der dem Kühlgut zugewandten Wandung des Kühlgutbehälters und der elastisch verformbaren, aus ausgeschäumtem Kunststoff bestehenden Isolationsschicht angeordnet. Hierdurch wird die metallische Wandung des Kühlgutbehälters, die mit den Verdampferrohren gut wärmeleitend verbunden ist, gleichzeitig zur Wärmeverteilung zwischen den Verdampferrohren nicht unmittelbar benachbarten Kühlkörperbereichen und darüber hinaus zur Fixierung der Speicherkörper herangezogen. Die mit der metallischen Wandung des Kühlgutbehälters verklebte erste Folie behält beim Kristallisieren, welches mit Volumenausdehnung verbunden ist, ihre Lage bei. Die Dichteänderung bewirkt eine Verschiebung der zweiten Wandung, die die elastische Isolationsschicht begrenzt. Da die Schichtdicke der Speichermasse im Mittel nur einige Millimeter beträgt, wenn die gesamte Oberfläche des Kühlgutbehälters mit dem beschriebenen Speicherkörper überzogen ist, liegt die Bewegung nur in der Grössenordnung von 1 mm. Die Aufhängung des Speicherkörpers erfolgt vorzugsweise durch Aufkleben auf die Kühlgutbehälterwandung, wobei bevorzugt die Bereiche zwischen den Verdampferrohren ausgefüllt werden. Dabei genügt eine provisorische Befestigung bzw. Verklebung, da die Speicherkörper nach dem Aufschäumen der Isolationsschicht durch Formschluss zwischen den Verdampferrohren gehalten werden.

Durch die Eindickung der Schmelze durch eine Gerüstsubstanz vermeidet die Erfindung die Alterung und das Unwirksamwerden der Speichermasse, da die Impfkristalle, Salze und Wasser, in isotroper Verteilung und damit ausreichend kleinem Abstand zueinander verbleiben. Gleichzeitig werden hydrostatische Drücke im unteren Bereich der Behälter vermieden, da sich die eingedickte Flüssigkeit ähnlich wie ein fester Körper verhält. Durch die Verwendung von Plastikfolien als Speicher-

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massenbehälter und der Anordnung zwischen der starren Wandung des Kühlgutraumes und der Isolation werden unzulässige Materialverformungen vermieden. Da alle in Frage kommenden Speichermassen in flüssiger Phase eine wesentlich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen als in kristalliner Phase, wirkt die durch die Gerüstsubstanz . gegen Wärmetransportkonvektion geschützte Speichermasse bei Erwärmung oberhalb der Kristallisationstemperatur als zusätzliche Isolation.

Damit Verletzungen der Kältespeicher bei Verletzung der dünnwandi-P gen Folien nicht zum Verlust der Speicherfähigkeit führen, sieht die

Erfindung vor, dass das Speichermassengefäss durch Schweissnähte der Folien in viele unabhängige Einzelräume unterteilt wird. Hierdurch geht im Verletzungcfall nur ein prozentual kleiner Anteil der gesamten Speicherkapazität verloren.

Es hat sich gezeigt, dass bei Verwendung geeigneter und nachstehend beschriebener Speichermassen aus serordentlich geringe Schichtdicken von beispielsweise 5-8 mm zu Speicherkapazitäten führen, die eine vielstündige Überbrückung, z. B. bei Stromausfall, erlauben.

W Die Erfindung sieht als speziellen weiteren Anwendungsfall die Kombination der Speicherkörper mit einer Kältemaschine vor, deren Leistung so bemessen ist, dass die während eines Tages erforderliche Kälteleistung im wesentlichen innerhalb der Billigtarif stunde η während der Nacht erzeugt werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die "Aufladung" nur während der kühlen Nachtstunden erfolgt, in denen der Carnot'sche Gütegrad günstiger ist als während des Tages, so dass weniger Energie verbraucht wird als bei Normalbetrieb. Gleichzeitig steigt mit grosser werdender Kältemaschine der mechanische Gütegrad der Anlage, was eine weitere Ersparnis nach sich zieht.

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Die Erfindung sieht bevorzugt die gleichmässige Verteilung der Speichermasse an sämtlichen vertikal verlaufenden Wandungen vor. Hierdurch wird eine bedeutende Energiesenke mit optimalen Wärmeübergangsverhältnissen geschaffen, die ein schnelles Einfrieren auch grosser abzukühlender Mengen, z, B. des plötzlich in grossen Mengen anfallenden Kühlgutes bei Obsternte oder Schlachtung, erlauben.

Als Speichermassen eignen sich Alkohol-Wassergemische, z.B. Methanol-H₀O sowie Kryohydrate, deren thermodynamisch wirksamer Bestandteil zu 37 % aus NaNO „ oder zu 40 % aus (NH ) SO. oder zu 23 %

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aus NaCl oder zu 42 % aus NH.NO , jeweils bezogen auf Gewichtsteile, besteht. Als Eindicksubstanz eignen sich Aerosile oder hochpolymere quellbare Kohlehydrate, insbesondere Alginate.

Der Nachteil grossflächiger Speichermassengefässe besteht im eventuellen Substanzverlust infolge der Dampfdurchlässigkeit der meisten Kunststoffolien. Die Erfindung sieht deshalb insbesondere für die Folie, die nicht mit der Kühlgutbehälter-Wandung verklebt ist., eine mehrschichtige Folie vor, bei der eine Schicht aus Metall, z. B. Aluminium, besteht.

Die erfindungsgemässe Einrichtung eignet sich nicht nur für die Kühlgutbehälter von Gefriertruhen, sondern auch für Kühlschränke und insbesondere Gefrierfächer von Kühlschränken.

Die Erfindung soll anhand der nachstehenden Figurenbeschreibung näher erläutert werden.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemässe Gefriertruhe schematisiert im Schnitt. Um den Kühlgutbehälter 1 herum verlaufen wendelförmig die Verdampferrohre 2, die mit der Wand 3 gut wärmeleitend

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verbunden sind. Zwischen dieser Wand 3 und der Isolation 4 befinden sich die Speicherkörper 5, die von einem Folienschlauch 6 umgeben sind. Der Folienschlauch ist längs der Naht 7 mit der Wand 3, z. B. durch Verklebung, verbunden und wird nach dem Einschäumen der Isolation 4 in dieser Lage formschlüssig gehalten. In regelmässigen Abständen ist der Folienschlauch 6 zusamme nge quetscht und entlang der Naht 8 verschweisst.

Figur 2 zeigt die Aufwärmkurve 20 bei Gefriertruhen ohne Speichermasse und 21 bei Gefriertruhen mit Speichermasse. Der waagerech- ^ te Bereich 23 entspricht der Kristallisationstemperatur der Speicher-

masse. Diese liegt oberhalb der Verdampfertemperatur 24 und unterhalb der Temperatur 25, die zur Aufrechterhaltung der Lagerfähigkeit des Kühlgutes nicht überschritten werden darf. Erst nachdem die Kristallisation vollständig vollzogen ist, steigt die Temperatur entsprechend dem Verlauf 26 an.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausbildungsform der Erfindung. Der Speichermassenbehälter besteht hier aus einer zusammenhängenden Manschette, deren zur Isolation hinweisende Wand 30 ausserhalb der Verdampferrohre 2 auf annähernd ebenen Flächen verläuft, während die zur Wand 3 hinweisende Wandung 31 Einbuchtungen 32 aufweist, die die Verdampferrohre einschliessen. Die gezeigte Manschette ist für einen Kühlgutbehälter 1, wie in Figur 1 gezeigt, vorgesehen und wird um die vertikalen Kanten des Behälters längs den Faltlinien 33/33', 34/34·, 35/35' herumgelegt und vorteilhaft durch Ösen 36 an Vorsprünge 37 befestigt und die Laschen 39' und 39" werden durch Ösen 38 und einer Schnur miteinander zusammengehalten.

ORIGINAL

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Claims

Pate ntans prüche

1, Gefriertruhe oder Gefrierfach mit einem Kompressor, einem den Verflüssiger bildenden ersten Wärmetauscher, einem Kühlgutbehälter, einer mit diesem im Wärmetausch stehenden den Verdampfer bildenden Rohrschlange, einer Isolierschicht zwischen der Aussenwandung und dem Kühlgutbehälter und einer Wärmespeichereinrichtung mit Wärmespeicher mit einer Kristallisationstemperatur, die oberhalb der Verdampfertemperatur und unterhalb der höchstzulässigen Temperatur des Kühlgutes liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichereinrichtung aus aus dünnwandigem Kunststoff, z. B. Folien, geformten, flachen Behältern (6, 30/31) besteht, die mit einer Speichermasse (5) gefüllt sind, wobei die Behälter (6, 30/31) zwischen der Wandung (3) des Kühlgutbehälters (1) und der Isolierschicht (4) angeordnet sind, die Kühlbehälterwandung (3) mit annähernd der Hälfte der Gesamtoberfläche (7, 31) berühren und Aussparungen aufweisen, in denen die Verdampferrohre (2) verlaufen, die ebenfalls die Kühlbehälterwandung (3) berühren.
2. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kältemaschine so gross dimensioniert ist, dass sie die innerhalb von 24 Stunden die Isolation (4) durchsetzende Kälteleistung innerhalb der Niedrigtarifperiode aufzubringen vermag.
3.' Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermassenbehälter aus Folienschläuchen (6) gebildet werden.

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4. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Folienschlauch (6) wendelförmig um den Kühlgutbehälter (3) und zwischen die Verdampferrohre (2) gewickelt wird.
■ 5. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiehermassenbehälter aus Folienkissen (30, 31) ausgebildet sind.
6. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Speiehermassenbehälter in viele miteinander nicht kommunizierende Einzeli'äume aufgeteilt ist.
7. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1 und gegebenenfalls 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Speiehermassenbehälter als Manschette (gem. Fig. 3) ausgebildet ist, die um die vertikal verlaufenden Wände des Kühlgutbehälters gespannt wird.
8. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse aus homogenen Mischungen, z.B. Wasser-Methanol, besteht.
9. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse eingedickt ist.
10. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse aus ionogenen Verbindungen und Wasser besteht und gleichmässig verteilte Impfkristalle enthält, deren Entmischung durch die Eindickung verhindert wird.

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11. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kryohydrat zu etwa 42 Gewicht-% aus NH NO, besteht.
12. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
besteht.

zeichnet, dass das Kryohydrat zu etwa 37 Gewicht-% aus NaNO
13. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kryohydrat zu etwa 40 Gewicht-% aus (NH.) SO besteht.
14. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kryohydrat zu etwa 23 Gewicht-% aus NaCl besteht.
15. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die eindickende Substanz aus langfaserigen Siliziumdioxyd-Hydratkristallen besteht.
16. Gefriertruhe oder Gefrierfach nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermassengefäss aus einer wasserdampfundurchlässigen Folie hergestellt wird, die mehrschichtig aufgebaut ist, wobei eine Schicht aus Metall, z. B. Aluminium, besteht.

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