DE2555578A1 - Verfahren und vorrichtung zum abkuehlen von gegenstaenden oder stoffen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum abkuehlen von gegenstaenden oder stoffen

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DE2555578A1 DE19752555578 DE2555578A DE2555578A1 DE 2555578 A1 DE2555578 A1 DE 2555578A1 DE 19752555578 DE19752555578 DE 19752555578 DE 2555578 A DE2555578 A DE 2555578A DE 2555578 A1 DE2555578 A1 DE 2555578A1
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Description

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT
(G 039) G 75/098
SmAo 10.12.1975
Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen in einer von Kühlgasen durchströmten Kühlzone, bei denen ein durch Wärmetausch mit den Gegenständen oder Stoffen erwärmter Kühlgasstrom zumindest teilweise durch indirekten Wärmetausch mit einem verdampfenden Kältemittel gekühlt und anschließend mit einem zweiten aus einem flüssigen Kühlgas gewonnenen Kühlgasstrom vermischt wird.
Bei schon seit längerer Zeit bekannten Kühlverfahren, die teils zum Einfrieren von bestimmten Stoffen, z.B. von Lebensmitteln, oder zum Verspröden von elastischen Materialien, z.B. von Altgummi, verwendet werden, werden meist Kühlgase eingesetzt,
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die aus in flüssiger Form vorliegenden tiefkalten Gasen, vorzugsweise Stickstoff, gewonnen werden. Da jedoch die Verwendung von flüssig vorliegenden Kühlgasen nicht in jedem Temperaturbereich gleich rationell und wirtschaftlich erfolgen kann, wurde zur Verbesserung derartiger Abkühlverfahren neuerdings vorgeschlagen, den Einsatz von flüssigen Kühlgasen mit der Verwendung einer Kältemaschine zu kombinieren (P 24 36 440-7)· Bei diesem kombinierten KUhlverfahren wird das durch Wärmetausch mit den abzukühlenden Gegenständen oder Stoffen erwärmte Kühlgas zunächst in indirektem Wärmetausch mit einem verdampfenden und in einem unabhängigen eigenen Kältekreislauf geführten Kältemittel vorgekühlt, anschließend durch Vermischen mit einem tiefkalten flüssig vorliegenden Kühlgas weiter abgekühlt und schließlich in die Kühlzone eingeleitet.
Diese Kombination von zwei von einander unabhängigen Mitteln zur Erzeugung der Kälte für die KUhlgase hat den Vorteil, daß die benötigte Kälteleistung aus zwei voneinander unabhängigen Quellen in unterschiedlichen Teilen entnommen und damit in optimaler Weise den jeweiligen Gegebenheiten angepaßt werden kann. Bei der Anwendung dieser kombinierten Verfahrensweise hat es sich jedoch gezeigt, daß zwar einerseits die Gesamtkosten für den Betrieb einer derartigen Kühlzone gegenüber den Verfahren, bei denen ausschließlich flüssige Kühlgase verwendet werden, erheblich niedriger sind, andererseits jedoch
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die Temperaturverteilung entlang der Kühlzone nicht immer den für die Abkühlung bestimmter Gegenstände oder Stoffe aus wirtschaftlichen Gründen geforderten Werten entspricht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu entwickeln, bei dem die Temperaturverteilung in der Kühlzone exakt eingestellt und damit jedem speziellen Abkühlungsproblem optimal angepaßt werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vermischung der beiden Kühlgasströme innerhalb der Kühlzone erfolgt und der zweite Kühlgasstrom am kalten Ende der Kühlzone in diese mit einer Temperatur eingeleitet wird, die niedriger ist als die Temperatur, die der erste Kühlgasstrom nach seinem indirekten Wärmetausch aufweist.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Temperaturverlauf innerhalb der Kühlzone so gewählt werden, daß die abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe in wirtschaftlich äußerst günstiger Weise auf die geforderte niedere Temperatur gebracht werden. Gegenüber dem eingangs erwähnten älteren kombinierten Kühlverfahren, bei dem der gesamte die KUhlzone durchströmende Kühlgasstrom auf die niedrigste im System vorkommende Temperatur gebracht wird, ergibt sich der, vor allem hinsichtlich der Betriebskosten, bedeutsame Vorteil, daß der erste Kühlgasstrom ausschließlich der Vorkühlung dient, während
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der zweite Kühlgasstrom die Weiterkühlung allein übernimmt, so daß nicht die gesamte KUhlgasmenge auf die niedrigste Temperatur abgekühlt werden muß. Hierbei kann die Steuerung des Temperaturverlaufs in der KUhlzone entweder durch die Wahl des Vermischungspunktes für die beiden Kühlgasströme als geometrischer Ort innerhalb der Kühlzone oder, bei örtlich vorgegebenem Vermischungspunkt, durch Änderung des Mengenverhältnisses der beiden Kühlgasströme erfolgen. Das erfindungsgemäße zweistufige Kühlverfahren ist besonders kostengünstig, da bei höheren Temperaturen bekanntlich die Kühlung mit Kälteanlagen, bei tiefen Temperaturen jedoch die Kühlung mit einem flüssig vorliegenden tiefkalten Gas rationeller ist.
Besonders wirtschaftlich ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Vermischung der beiden Kühlgasströme an einer Stelle der Kühlzone erfolgt, an der die beiden Kühlgasströme nahezu die gleiche Temperatur aufweisen.
Es ist zweckmäßig, das erfIndungsgemäße Verfahren so auszuführen, daß die abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe dem Kühlgasstrom entgegen geführt werden.
Bei einer zweckmäßigen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die KUhlzone in einem Kühltunnel angeordnet. durch den die abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe mit Hilfe von Transporteinrichtungen transportiert werden. Ein solcher Kühltunnel besitzt Zuleitungen für die Kühl-
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gase, von denen eine am kalten Ende des Kühltunnels und eine weitere in einem mittleren Bereich angeordnet ist.
Als Kälteanlage zur Kühlung des ersten KUhlgasstromes kann jede konventionelle Kälteanlage benutzt werden. Besonders zweckmäßig ist eine Kompressorkälteanlage, deren Verdampfer als Wärmetauscher für das aus dem Kühltunnel austretende Kühlgas ausgebildet ist, wobei der für das Kühlgas vorgesehene Strömungskanal des Wärmetauschers warmseitig mit dem warmen Ende des Kühltunnels und kaltseitig mit der Zuleitung für den Kühlgasstrom in den mittleren Bereich des Kühltunnels verbunden ist.
Der Kühltunnel kann als horizontal angeordnete geradlinig verlaufende Anlage ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise zum Kühlen und Einfrieren von Lebensmitteln verwendet wird. Für bestimmte abzukühlende Gegenstände oder Stoffe kann der Kühltunnel jedoch auch schraubenförmig verlaufen, wobei die Achse der schraubenförmigen Anordnung senkrecht steht. Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, daß die abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe durch die Schwerkraft entlang der Schraubenlinie durch den Kühltunnel transportiert werden.
Bei allen Ausführungsformen einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Kühltunnel entweder als eine einzige geschlossene Baueinheit ausgeführt sein oder sich aus zwei getrennten Teilen zusammensetzen, wobei die Vermischung der beiden Kühlgaeströme dann zwischen den beiden Baugruppen erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Abkühlen der verschiedenartigen Gegenstände oder Stoffe eingesetzt werden. Es bewährt sich beispielsweise sowohl beim rationellen Einfrieren von Lebensmitteln, Medikamenten und biologischen Substanzen als auch beim Verspröden von Altmaterialien wie Schrott und Gummi zum Zwecke ihrer Aufarbeitung oder zum Zerkleinern von bei Umgebungstemperatur nicht oder schlecht zerkleinerbaren Stoffen wie Kunststoffe oder bestimmte Lebensmittel. Eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Abkühlung und Versprödung von Altreifen zum Zwecke ihrer Zerkleinerung und Aufarbeitung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
In der Figur ist mit 1 ein Kühltunnel bezeichnet, der von Kühlgasen von rechts nach links durchströmt wird. Entgegen der Strömungsrichtung der Kühlgase werden die abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe mit Hilfe eines Transportbandes 2 von links nach rechts durch den Kühltunnel transportiert.
Das am linken warmen Ende des Kühltunnels 1 austretende erwärmte Kühlgas wird über eine Leitung 3 einem Wärmetauscher 4 zugeführt, der als Verdampfer einer nichtdargestellten Kompressionskälteanlage ausgebildet ist. In der Leitung 5 strömt das im Wärmetauscher 4 verdampfende Kältemittel der
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Kälteanlage. Das aus dem Wärmetauseher 4 austretende Kühlgas wird über eine Leitung 6 wieder in die Kühlzone des Kühltunnels 1 eingeleitet.
Über eine Leitung 7 wird am kalten Ende des Kühltunnels 1 ein zweiter Kühlgasstrom der Kühlzone zugeführt. Dieser zweite Kühlgasstrom wird als Flüssiggas einem Vorratsbehälter entnommen und mit Hilfe einer Sprüheinrichtung 9 gleichmäßig auf die aus dem Kühltunnel 1 am kalten rechten Ende austretenden Gegenstände oder Stoffe aufgesprüht. Das hierbei verdampfende Kühlgas strömt, entgegen der Bewegungsrichtung der abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe, nach links und vereinigt sich in einem mittleren Bereich des Kühltunnels mit dem ersten Kühlgasstrom, der im Wärmetauseher K gekühlt worden ist. Der Kühltunnel besitzt somit drei Zonen, die in der Figur mit A. B und C bezeichnet sind und von denen die erste Zone A als Vorkühlzone, die zweite Zone B als Vermischungszone und die dritte Zone G als Nachkühlzone bezeichnet werden können.
Der aus der Sprüheinrichtung 9 austretende Kühlgasstrom hat eine wesentlich tiefere Temperatur als der erste Kühlgasstrom, der über die Leitung 6 in die Vermischungszone B eingeführt wird. Zweckmäßigerweise wird als Flüssiggas zur Erzeugung des zweiten Kühlgasstromes flüssiger Stickstoff verwendet, der durch die Sprüheinrichtung 9 mit einer Temperatur von etwa 80 K in den Kühltunnel eintritt. Für bestimmte Abkühlaufgaben
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können in Abhängigkeit von den abzukühlenden Gegenständen oder Stoffen und im Hinblick auf die geforderten Temperaturen auch andere Flüssiggase, wie Kohlendioxid oder Argon, zum Einsatz ! kommen.
Bei Verwendung einer konventionellen Kompresseonskälteanlage hat der erste Gasstrom, der über die Leitung 6 der
Vermischungszone B zugeführt wird, eine Temperatur von etwa j 210 K. Andere Temperaturen für den ersten Kühlgasstrom können
j erreicht werden, wenn die Kompressionskälteanlage mit anderen
Kältemitteln betrieben wird oder wenn eine Absorptionskälteanlage verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders rationell, wenn durch die örtliche Wahl der Vermischungszone B innerhalb des Kühltunnels dafür gesorgt wird, daß der zweite Gasstrom, der tiefkalt bei 9 in den Kühltunnel eingesprüht wird, bei Erreichen der Vermischungszone B ungefähr die gleiche Temperatur, d.h. etwa 210 K, hat wie der mit Hilfe der Kälteanlage über die Leitung 6 zugeführte erste Kühlgasstrom.
Die Aufrechterhaltung der Strömung der Kühlgase im Kühltunnel 1- wird teils durch einen Verdichter ΙΟ, teils durch den Druck im Vorratsbehälter 8 gewährleistet. Zur Unterstützung der Strömung können zusätzlich im oder am Kühltunnel 1, in der Figur nicht eingezeichnete, Ventilatoren eingesetzt werden.
Die Regelventile 11 dienen der Steuerung der Mengenverhältnisse der Kühlgase der beiden Kühlgasströme, über die Leitung 12 kann überschüssiges Kühlgas abgelassen werden.
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Claims (7)

2555578 linde Aktiengesellschaft (G 039) -9- G 75/098 Sm/Vo 10.12.1975 Pat ent ans prü ehe
1. ^Verfahren zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen in einer v~ von KUhlgasen durchströmten Kühlzone, bei. dem ein durch Wärmetausch mit den Gegenständen oder Stoffen erwärmter Kühlgasstrom zumindest teilweise durch indirekten Wärmetausch mit einem verdampfenden Kältemittel gekühlt und anschließend mit einem zweiten aus einem flüssigen Kühlgas gewonnenen Kühlgasstrom vermischt wird, dadurch gekennzeichnet . daß die Vermischung der beiden Kühlgasströme innerhalb der Kühlzone erfolgt und der zweite Kühlgasstrom am kalten Ende der Kühlzone in diese mit einer Temperatur eingeleitet wird, die niedriger ist als die Temperatur, die der erste Kühlgasstrom nach seinem indirekten Wärmetausch aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Vermischung der beiden Kühlgasströme an einer Stelle der Kühlzone erfolgt, an der die beiden Kühlgasströme nahezu die gleiche Temperatur aufweisen.
3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenstände oder Stoffe im Gegenstrom zu den Kühlgasströmen durch die Kühlzone geführt werden.
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4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3· gekennzeichnet durch einen Kühltunnel (1), in dem sich die Kühlzone befindet, durch TransporteinrLchtungen (2) für die abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe durch den Kühltunnel (I) und durch Zuleitungen (6, 7) für· Kühlgase in den Kühltunnel (1). von denen eine (7) am kalten Ende des Kühltunnels (1) und eine weitere (6) in einem mittleren Bereich des Kühltunnels (1) angeordnet ist.
5- Vorrichtung nach Anspruch 4. gekennzeichnet durch eine Kompressionskälteanlage, deren Verdampfer als Wärmetauscher (4) für das aus dem Kühltunnel (1) austretende Kühlgas ausgebildet sowie warmseitig mit dem warmen Ende des Kühltunnels (1) und kaltseitig mit der Zuleitung (6) für Kühlgase in den mittleren Bereich des Kühltunnels (1) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Kühltunnel schraubenförmig mit senkrecht stehender Achse ausgebildet ist.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis J oder der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 zur Abkühlung und Versprödung von Altreifen.
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