DE29906359U1 - Anlage zur Erzeugung von Kälte auf einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau - Google Patents

Anlage zur Erzeugung von Kälte auf einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau

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Description

Anlage zur Erzeugung von Kälte auf einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Erzeugung von Kälte auf einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau mit einem in seperaten Hochdruck- bzw. Niederdruckkreislauf zirkulierenden, durch Entspannen verdampfenden sowie unter Druck durch Abkühlen kondensierenden Kältemittel, wobei durch das verdampfende Kältemittel des Hochdruckkreislaufes sowohl Kälte mit hohem Temperaturniveau erzeugt als auch das Kältemittel im Niederdruckkreislauf zur Kondensation abgekühlt wird.
Bekannt ist die Anwendung von Kohlendioxid -CO2- bereits seit langer Zeit, so unter anderem in Schiffskältemaschinen und in der Transportkühlung.
Die daraus resultierende Entwicklung FCKW-freier Kühlmittel brachte einen entscheidenden Nachteil mit
Sie waren bzw. sind für die Tieftemperaturkühlung überhaupt nicht oder nur bedingt tauglich. Bedingt tauglich nur durch einen hohen konstruktiven Aufwand für die Anlagen.
Bekannt ist aus der DE-OS 30 04 114 ein Verfahren zur Erzeugung tiefer Temperaturen, bei dem flüssiges Kohlensäureanhydrid (CO2) expandiert wird, in seinen festen Zustand übergeht, danach das erwähnte feste Kohlensäureanhydrid mit einer sich nicht verfestigenden
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Flüssigkeit vermischt wird, wobei eine Suspension des festen Kohlensäureanhydrids in der sich nicht verfestigenden Flüssigkeit gebildet wird, diese durch Konvektion oder Zwangszirkulation zum übersprühen eines Verdampfer-Sublimators gebracht wird, in welchem das feste Kohlensäureanhydrid sublimiert, wobei es Wärme aufnimmt, was eine Verringerung der Temperatur der Suspension hervorruft, die mit dem System, auf das man die tiefen Temperaturen zur Einwirkung bringen will, in einer Wärmetauscherbeziehung steht.
Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß in der Anlage CO2 als Kühlmittel und ein sich nicht verfestigendes Mittel als Transportmittel als Gemisch verwendet wird.
Aus der US-PS 43 13 309 ist eine Zwei-Stufen-Kälteeinrichtung bekannt, die der Lagerung medizinischer oder ähnlicher Materialien dient. Die in Kaskade geschalteten Kältemittelkreisläufe sind über die Wärmetauscheinrichtung mit dem Verdampfer und dem Kondensator gekoppelt, um Tiefsttemperaturen zu erzeugen bzw. zu halten.
Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß die beiden Kältemittelkreisläufe ständig in Kaskade geschaltet sind.
Aus der US-PS 37 33 845 ist ein Kühlsystem bekannt, das zwei unabhängige geschlossene Kühlmittelkreisläufe in Kaskadenschaltung bzw. -verbindung umfaßt, bei der im Niedrigtemperaturkreislauf eine Kühlmittelmischung, deren einzelne Bestandteile variierbare Siedepunkte haben, verwendet wird.
Das beschriebene Kühlsystem kann so eingerichtet werden, daß bei Verwendung eines üblichen Kompressors Temperaturen erreicht werden, die niedriger als -1300C
sind, wobei es aber notwendig ist, daß der Kaskadenkondensor einen vollständigen Wärmeaustausch bewirkt. Er muß daher in großen Abmessungen ausgeführt sein, um sicherzustellen, daß eine genügende Wärmeaustauschfläche vorhanden ist. Der Niedrigtemperaturkühlmittelkreislauf, in dem sich die Kühlmittelmischung befindet, muß so eingerichtet sein, daß er die Kühlmittel niedriger Siedepunkte aufeinanderfolgend kondensiert, indem er diejenigen höherer Siedepunkte verdampft, so daß der Kreislauf das Kühlsystem selbst unveränderlich bzw. unweigerlich größer macht. Dieses und die Verwendung eines großen Kaskadenkondensors macht das Kühlsysten noch größer.
Aus der DE 36 31 795 Al ist ein Kühlsystem bekannt, das zwei Kühlmittelkreisläufe, einen ersten und einen zweiten Kühlmittelkreislauf, umfaßt, von denen jeder einen Kompressor, einen Kondensor und einen Verdampfer hat, wobei der Auslaß des Kompressors mittels einer Leitung mit dem Einlaß des Kondensors verbunden ist, während der Auslaß des Kondensors mittels einer anderen Leitung mit dem Einlaß des Verdampfers verbunden ist, und weiterhin der Auslaß des Verdampfers mittels einer weiteren Leitung mit dem Einlaß des Kompressors verbunden ist, wobei jeder der Kühlmittelkreisläufe mit einem organischen Kühlmittel geladen bzw. gefüllt ist. Ferner ist der Verdampfer des ersten Kühlmittelkreislaufes in eine Mehrzahl von Verdampferteile unterteilt, die miteinander bezüglich des Flusses des Kühlmittels in Reihe verbunden bzw. geschaltet sind. Der Kondensor des zweiten Kühlmittelkreislaufes ist ebenfalls in Kondensorteile unterteilt ist, deren Anzahl gleich der Anzahl der Verdampferteile des ersten Kühlmittelkreislaufes ist, wobei die Kondensorteile bezüglich des Flusses des Kühlmittels parallel zueinander verbunden bzw. geschaltet sind. Die Kondensorteile des zweiten
Kühlmittelkreislaufes sind mit den Verdampferteilen des ersten kühlmittelkreislaufes zur Bildung von Wärmetauschern gepaart. Das Kühlmittel des zweiten Kühlmittelkreislaufes ist eine Mischung von in Art und im Siedepunkt unterschiedlichen Kühlmitteln, wodurch der Verdampfer des zweiten Kühlmittelkreislaufes auf eine kryogene Temperatur gekühlt wird. Die Verdampferteile und die Kondensorteile sind zur Bildung von Wärmetauschern, d.h. Kaskadenkondensoren, gepaart bzw. paarweise miteinander verbunden.
Mit dieser Lösung werden zwar die angestrebten tiefen Temperaturen erreicht, jedoch ist in dieses Kühlsystem eine Verwendung von CO2 nicht möglich.
Kühlmittelkreisläufe mit reinen CC^-Kältemitteln haben thermodynamisch bedingt einen sehr hohen Verflüssigungsdruck.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage zu schaffen, bei dem bei Kühlmittelkreisläufen mit CO2-Kältemittel die thermodynamisch bedingten hohen Verflüssigungsdrücke reduziert werden und diese Kreisläufe für die Erzeugung
Tiefkühltemperaturen im Bereich bis -50 0C zu nutzen,
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Hauptanspruches gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Anlage zur Erzeugung von Kälte auf einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau besteht aus einem Vorfrosterraum mit einem Verdampfer der Vorkühlstufe, einem Frosterraum mit mindestens zwei Verdampfern der Tiefkühlstufe, einem Verflüssiger der Vorkühlstufe, mindestens zwei je eine Kaskade bildende Anordnungen,
bestehend aus je einem Verdichter der Tiefkühlstufe, einem Verdichter der Vorkühlstufe und einer Verdampfer-Verflüssiger-Einheit.
Die eine Kaskade bildende Anordnung ist als eine nicht ständig bestehende Kaskade ausgebildet.
Zur Kälteerzeugung wird ein FCKW-freier Kühlkreislauf und ein CC>2-Kühlmittelkreislauf genutzt.
Die Kühlmittelkreisläufe werden über eine Verdampfer-Verflüssiger-Einheit gekoppelt bzw. entkoppelt. Die Erzeugung einer Kühltemperatur im Bereich bis -15 0C erfolgt in an sich bekannter Weise über einen Kühlmittelkreislauf mit einem FCKW-freien Kältemittel. Zum Erreichen einer Tiefkühltemperatur im Bereich bis zu -50 0C wird der FCKW-freie Kältemittelkreislauf mit dem CO2-Kältemittelkreislauf über eine Verdampfer-Verflüssiger-Einheit gekoppelt. Die Unterkühlung und Verflüssigung des CO2-Kältemittels erfolgt unter Ausnutzung der Kälteleistung des FCKW-freien Kältemittelkreislaufes. Die Verdampfer-Verflüssiger-Einheit ist dabei so ausgebildet, daß der Verflüssiger des Kreislaufes mit den niedrigsten Temperaturen zugleich der Verdampfer für den Kreislauf mit den höheren Temperaturen ist.
Das flüssige CO2-Kältemittel wird in einem Entspannungsorgan rait nachfolgenden Verdampfer entspannt und nimmt dabei eine bestimmte Wärmemenge auf. Das entspannte CC^-Kältemittel wird in einem Verdichter auf
Verflüssigungsdruck und Verdichtungstemperatur komprimiert, in einem Zwischenkühler vorgekühlt und in der Verdampfer-Verflüssiger-Einheit durch weitere Wärmeabfuhr verflüssigt.
Die abgekühlte Wärme im Verflüssiger ist gleich der über den Verdampfer aufgenommenen Wärme des FCKW-freien Kältemittelkreislaufes.
Diese aufgenommene Wärme wird über einen in FCKW-freien Kältemittelkreislauf eingebundenen Verflüssiger abgegeben. Dadurch ist es möglich, die thermodynamisch hohen Verflüssigungsdrücke des CO2-Kältemittels zu reduzieren. .
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.
Die Figur 1 zeigt schematisch das Anlagenschaltbild.
Die Anlage zur Erzeugung von Kälte auf einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau, besteht aus einem Vorfrosterraum 1 mit einem oder mehreren Verdampfern 3, einem Frosterraum 2 mit mindestens zwei Verdampfern der Tiefkühlstufe 4, einem Verflüssiger der Vorkühlstufe 5, mindestens zwei je eine Kaskade bildende Anordnung 6, bestehend aus je einem Verdichter der Tiefkühlstufe 7, einem Verdichter der Vorkühlstufe 8 und einer Verdampfer-Verflüssiger-Einheit 9.
Der/die Verdampfer der Tiefkühlstufe 4 werden nach dem Start der Anlage so geregelt, ,daß der Saugdruck durch Zu- oder Abschalten einzelner Verdampfer auf einem bestimmten Saugdruck-Sollwert gehalten wird. Für die Tiefkühlstufe liegt der Saugdruck innerhalb eines bestimmten Druckbereiches.
Es werden dabei jeweils so viele Kaskadenanordnungen 6 zugeschaltet, wie zum Erhalt des Saugdruck-Sollwertes benötigt werden.
Die Verdampfer-Verfliissiger-Einheit (9) ist vorzugsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.
Die Verdichter der Vorkühlstufe (8) und der Tiefkühlstufe (7) sowie die Plattenwärmetauscher sind auf einem gemeinsamen Gestell angeordnet und bilden den Maschinensatz.
Die Bestandteile der Anlage - Maschinensatz, Verflüssiger und der dazugehörige Schaltschrank - können sowohl einzeln als auch gemeinsam in bzw. auf einem oder mehreren Stahlcontainern angeordnet sein.

Claims (5)

Schutzansprüche
1. Anlage zur Erzeugung von Kälte auf einem hohen und einem niedrigen Temperaturniveau, bestehend aus einem Hochdruck- und einem Niederdruckbereich, die je einen Verdichter, einen Kondensator, eine Entspannungseinrichtung und einen Verdampfer umfassen, in denen die Kältemittel zirkulieren, dadurch gekennzeichnet, daß
diese aus einem Vorfrosterraum (1) mit einem oder mehreren Verdampfern (3), einem Frosterraum (2) mit mindestens zwei Verdampfern der Tiefkühlstufe (4), einem Verflüssiger der Vorkühlstufe (5), mindestens zwei je eine Kaskade bildende Anordnungen (6), bestehend aus je einem Verdichter der Tiefkühlstufe (7), einem Verdichter der Vorkühlstufe
(8) und einer Verdampfer-Verflüssiger-Einheit (9),gebildet wird.
2. Anlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verdampfer-Verflüssiger-Einheit (9) vorzugsweise als Plattenwärmetauscher ausgebildet ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verdichter der Vorkühlstufe (8) und der Tiefkühlstufe (7) sowie die Plattenwärmetauscher auf einem gemeinsamen Gestell angeordnet sind.
4. Anlage nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile der Anlage sowohl einzeln als auch gemeinsam in bzw. auf einem oder mehreren Stahlcontainern angeordnet sind.
5. Anlage nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kaskade bildende Anordnung (6) als eine nicht ständig bestehende Kaskade ausgebildet ist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1134514A1 (de) * 2000-03-17 2001-09-19 Société des Produits Nestlé S.A. Kühlsystem
FR2838180A1 (fr) * 2002-04-03 2003-10-10 Jean Paul Arpin Installations frigorifiques basse temperature de surgelation et de stockage

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FR2838180A1 (fr) * 2002-04-03 2003-10-10 Jean Paul Arpin Installations frigorifiques basse temperature de surgelation et de stockage
EP1357338A1 (de) * 2002-04-03 2003-10-29 Jean-Paul Arpin Tieftemperaturgefrieranlage, insbesondere für das Einfrieren, Tieffrieren und Lagern von Lebensmitteln

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