DE2555578C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen

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DE2555578C2 DE2555578A DE2555578A DE2555578C2 DE 2555578 C2 DE2555578 C2 DE 2555578C2 DE 2555578 A DE2555578 A DE 2555578A DE 2555578 A DE2555578 A DE 2555578A DE 2555578 C2 DE2555578 C2 DE 2555578C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen in einer von Kühlgasen durchströmten Kühlzone, bei dem ein aus einem flüssigen Kühlgas gewonnener Kiihlgasstroni sowie ein durch indirekten Wärmetausch mit einem verdampfenden, in einem unabhängigen Kältekreislauf geführten Kältemittel abgekühlter Kühlgasstrom in Wärmciausch mit den Gegenständen oder Stoffen gebracht wird und bei dem ein nach Wärmetausch mit den Gegenständen 5 oder Stoffen erwärmter Kühlgasstrom aus der Kühlzone an deren warmen Einlaßende abgezogen wird.
Bei schon seit längerer Zeit bekannten Kühlveriahren, 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, 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 !vühlgasen mit der Verwendung einer Kältemaschine zu kombinieren (DE-OS 24 36 440). Bei diesem kombinierten Kühlverfahren wird das durch Wärmetausch mit den abzukühlenden Gegenständen oder Stoffen erwärmte Kühlgas zunächst in indirektem Wärmetausch mit einem verdampfenden und in einem unabhängigen eigenen Källckreislauf 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 Kühlgase 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 /war einerseits die Gesamtkosten für den Betrieb einer derartigen Kühlzone gegenüber den Verfahren, bei denen ausschließlich flüssige Kühlgase verwendet werden, erheblieh niedriger sind, andererseits jedoch die Temperaturverteilung entlang der Kühlzone nicht immer den für die Abkühlung bestimmter Gegenstände oder Stoffe aus wirtschaftlichen Gründen geforderten Werten entspricht.
Die DE-OS 19 34 885 beschreibt eine Vorrichtung zum Gefrieren von vorzugsweise Nahrungsmitteln, bei der die Nahrungsmittel auf einem Förderband durch einen Kühltunnel transportiert werden und im Kühltunnel durch Besprühen mit einer kryogenischen Flüssigkeit sowie mit Hilfe von durch Gebläse erzeugten und an Kühlschlangen einer mechanischen Kälteanlage abgekühlten Luftströmen eingefroren werden. Die Gebläse sowie die Kühlschlangen sind dabei im Inneren des Kühltunnels zusammen mit Sprühvorrichtungen für die kryogenische Flüssigkeit so angeordnet, daß die Nahrungsmittel entweder zuerst mit der kryogenischen Flüssigkeit besprüht und dann mit den mechanisch gekühlten, von unten nach oben gerichteten Luftströmen in Kontakt gebracht werden oder zuerst mit mechanisch gekühlten, von unten nach oben gerichteten Luftströmen in Wärmetausch gebracht, anschließend mit kryogenischer Flüssigkeit besprüht und zuletzt nochmals mit mechanisch gekühlten, von unten nach oben gerichteten Luftströmen in Kontakt gebracht werden. Somit ist es bekannt, daß sowohl ein aus einem flüssigen Kühlgas gewonnener Kühlgasstrom als auch ein durch indirekten Wärmctauseh mit einem verdampfenden, in einem unabhängigen Kältekreislauf geführten Kältemittel ge-
kühlter Kühlgasstrom zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen eingesetzt werden kann.
Nachteilig an einer derartigen Vorrichtung ist die Notwendigkeit einer Nachbehandlungszone mit einem durch Abkühlung an Verdampferschlangen gewonnenen kalten Luftstroms, die der Zone, in der die abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe mit flüssigem Kühlgas besprüht werden, nachgeschaltet wird.
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 das Einleiten des aus einem flüsisgen Kühlgas gewonnenen Kühlgas-'stromes am kalten Auslaßende der Kühlzone durchgeführt wird, der erwärmte, am warmen Einlaßende der kühlzone aus dieser abgezogene Kühlgasstrom mindestens teilweise durch indirekten Wärmetansch außerhalb der Kühlzone gekühlt und anschließend in einem mittleren Bereich der Kühlzone in diese mit einer Temperatur eingeleitet wird, die höhe ist als die Temperatur, 'die der aus einem flüssigen Kühlgas gewonnene Kühlgasstrom beim Einleiten in die Kühlzone aufweist, und beide Kühlgasströme innerhalb der Kühlzone an einer Stelle der Kühlzone vermischt werden, an der die beiden Kühlgasströme nahezu die gleiche Temperatur aufweisen.
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 Kühlzone durchströmende Kühlgasstrom auf die niedrigste im System vorkommende Temperatur gebracht wird, ergibt sich der, vor allem hinsichtlich der Betriebskosten, bedeutsame Vorteil, daß der erwärmte Kühlgasstrom am warmen Einlaßende der Kühlzone ausschließlich der Vorkühlung dient, während der aus einem flüssigen Kühlgas gewonnene Kühlgasstrom am kalten Auslaßende der Kühlzone die Weiterkühlung allein übernimmt, so daß nicht die gesamte Kühigasmenge auf die niedrigste Temperatur abgekühlt werden muß. Hierbei kann die Steuerung des Temperaturverlaufs in der Kühlzone entweder durch die Wahl des Vermischungspunkles 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.
Die Erfindung bezieht sich überdies auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem.Kühltunrieli in-dem sich, eine Kühlzone befindet mit Transporteinrichtungen für den Transport der abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe durch den Kühltunnel, mit Zuleitungen für Kühlgasströme in den Kühltunnel und mit einer Leitung zum Abziehen erwärmter Kühlgasströme aus der Kühlzone an deren warmen Einlaßende und mit einer mechanischen Rückkühleinrichlung für mit den zu kühlenden Gegenständen oder Stoffen in Kontakt gebrachte Kühlgasströme. Eine derartige Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung für das Einleiten des aus einem flüssigen Kühlgas gewonnenen Kühlgasstromes am kalten Auslaßende des Kühltunnels und unabhängig von dieser eine weitere Zuleitung für den erwärmten, am
ίο warmen Einlaßende der Kühlzone abgezogenen Kühlgasstromes in einem mittleren Bereich des Kühltunnels angeschlossen ist, daß die Leitung zum Abziehen des erwärmten Kühlgasstromes vom warmen Einlaßende des Kühltunnels zu einem Wärmetauscher führt, der als Verdampfer einer Kompressionskälteanlage ausgebildet ist und daß der Wärmetauscher kaltseitig mit der Zuleitung für Kühlgasströme in dem mittleren Bereich des Kühltunnels verbunden ist. Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Kühltunnel schraubenförmig mit senkrecht stehender Achse ausgebildet
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 Einlaßende 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 Kälteanlage. Das aus dem Wärmetauscher 4 austretende Kühlgas wird über eine Leitung 6 wieder in die Kühlzone des Kühltunnels 1 eingeleitet.
Ober eine Leitung 7 wird am kalten Aushßende des Kühltunnels 1 ein zweiter Kühlgasstrom der Kühlzone zugeführt. Dieser zweite Kühlgasstrom wird als Flüssiggas einem Vorratsbehälter 8 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 Wärmetauscher 4· 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 unddie dritte Zone CaIs Nachkühlzone bezeichnet wer-
den 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 das Flüssiggas zur Erzeugung des zweiten Kühlgasstroms flüssiger Brennstoff verwendet, der durch die Sprüheinrichtung 9 mit einer Temperatur von etwa 80 K in den Kühltunnel eintritt. Für bestimmte Abkühlaufgaben können in Abhängigkeit von den abzukühlen- ■w den Gegenständen oder Stoffen und im Hinblick auf die
geforderten Temperaturen auch andere Flüssiggase, wie Kohlendioxid oder Argon, zum Einsatz kommen.
Bei Verwendung einer konventionellen Kompressionskälteanlage hat der erste Gasstrom, der über die Leitung 6 der Vermischungszone B zugeführt wird, eine Temperatur von etwa 210 K. Andere Temperaturen für den ersten Kühlgasstrom können 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 10, 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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Abkühlen von Gegenständen oder Stoffen in einer von Kühlgasen durchströmten Kühlzone, bei dem ein aus einem flüssigen Kühlgas gewonnener Kühlgasstrom sowie ein durch indirekten Wärmetausch mit einem verdampfenden, in einem unabhängigen Kältekreislauf geführten Kältemittel abgekühlter Kühlgasstrom in Wärmetausch mit den Gegenständen oder Stoffen gebracht wird und bei dem ein nach Wärmetausch mit den Gegenständen oder Stoffen erwärmter Kühlgasstrom aus der Kühlzone an deren warmen Einlaßende abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Einleiten des aus einem flüssigen Kühlgas gewonnenen Kühlgasstromes am kalten Ausiaßende der Kühlzone durchgeführt wird, der erwärmte, am warmen Einlaßende der Kühlzone aus dieser abgezogene Kühlgasstrom mindestens teilweise durch indirekten Wärmetausch außerhalb der Kühlzone gekühlt und anschließend in einem mittleren Bereich der Kühlzone in diese mit einer Temperatur eingeleitet wird, die höher ist als die Temperatur, die der aus einem flüssigen Kühlgas gewonnene KüMgasstrom beim Einleiten in die Kühlzone aufweist, und beide Kühlgasströme innerhalb der Kühlzone an einer Stelle der Kühlzone vermischt werden, an der die beiden Kühlgasströme nahezu die gleiche Temperatur aufweisen.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Kühltunnel, in dem sich eine Kühlzone befindet, mit Transporteinrichtungen für den Transport der abzukühlenden Gegenstände oder Stoffe durch den Kühltunnel, mit Zuleitungen für Kühlgasströme in den Kühltunnel und mit einer Leitung zum Abziehen erwärmter Kühlgasströme aus der Kühlzone an deren warmen Einlaßende und mit einer mechanischen Rückkühleinrichtung für mit den zu kühlenden Gegenständen oder Stoffen in Kontakt gebrachte Kühlgasströme, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zuleitung (7) für das Einleiten des aus einem flüssigen Kühlgas gewonnenen Kühlgasstromes am kalten Auslaßende des Kühltunnels (1) und unabhängig von dieser eine weitere Zuleitung (6) für den erwärmten, am warmen Einlaßende der Kühlzone abgezogenen Kühlgasstromes in einem mittleren Bereich des Kühltunnels (1) angeschlossen ist, daß die Leitung (3) zum Abziehen des erwärmten Kühlgasstromes vom warmen Einlaßende des Kühltunnels zu einem Wärmetauscher (4) führt, der als Verdampfer einer Kompressionskälteanlage ausgebildet ist, und daß der Wärmetauscher (4) kaltseitig mit der Zuleitung (6) für Kühlgasströme in dem mittleren Bereich des Kühltunnels (1) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühltunnel schraubenförmig mit senkrecht stehender Achse ausgebildet ist.
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