DE3887690T2

DE3887690T2 - Bewegliche gekühlte zelle für lebensmittel.

Info

Publication number: DE3887690T2
Application number: DE3887690T
Authority: DE
Inventors: Bernard Mahieu
Original assignee: CONSEIL INVESTISSEMENTS MANAGE
Current assignee: CONSEIL INVESTISSEMENTS MANAGE
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2008-10-01
Also published as: FR2621386B1; US5074126A; FR2621386A1; WO1989003008A1; AU2537088A; JPH03501877A; DE3887690D1; EP0393061B1; EP0393061A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Erzeugung eines Volumens von gekühltem Gas, insbescndere von Kaltluft, aus einer Kältesubstanz im sublimierbaren Festzustand oder im verdampfbaren Flüssigzustand bei einer Temperatur, die unter der für das gekühlte Gas angestrebten Temperatur liegt. Sie betrifft insbesondere die Anwendung des Verfahrens für die Aufrechterhaltung und Homogenisierung von Temperaturen in beweglichen gekühlten Zellen für Lebensmittel oder ähnliches, ausgehend von einer Kohlendioxidmasse in fester Form, dem sogenannten Kohlensäureschnee, und vor allem die Kühlung von Wagen, die an Bord von Flugzeugen, Zügen oder ähnlichen Transportmitteln verladen werden, oder von Behältern der gleichen Art, die zur Aufnahme von Lebensmitteln bestimmt sind, insbesondere zur Aufnahme von Fertiggerichten, die während der Reise oder nach einer bestimmten Aufbewahrungsdauer serviert werden sollen.
Zur Zeit werden die Wagen entweder in klimatisierten Bereichen untergebracht, die einzeln an eine Kälteanlage angeschlossen sind, von der sie bei der Verteilung abgetrennt werden müssen, oder sie enthalten ein Abteil, das zur Aufnahme einer Füllung von Kältematerial, Eisblöcken oder festem Kohlendioxid bestimmt ist, wobei dieses Abteil mit einer Wärmeaustauschkammer in Kontakt steht, mit dem die Luft der gekühlten Kammer durch natürliche Konvektion zirkuliert.
Die erste Lösung hat den Nachteil, daß sie eine Kälteund Klimaanlage voraussetzt und zahlreiche Abzweigungen aufweist, die vor dem Verfahren der Wagen abgetrennt werden müssen. Die zweite Lösung weist diese Nachteile zwar nicht auf, aber die Verteilung der Kälteleistungen nur durch natürliche Konvektion, die absteigende Gasströme mit geringer Intensität bewirkt, führt zu sehr starken Temperaturungleichmäßigkeiten in den verschiedenen Teilen der gekühlten Zelle mit Minustemperaturen in der Nähe des Abteils für die Kältesubstanz, insbesondere wenn es sich dabei um festes Kohlendioxid handelt, das bei atmosphärischem Druck durch Sublimation bei einer Temperatur von etwa -79ºC verdampft. Eine durch Gebläse bewirkte Zwangszirkulation würde einen elektrischen Anschluß des Wagens oder Behälters mit den vor stehend angeführten Nachteilen erforderlich machen.
Es wurde außerdem vorgeschlagen (US-A-3.163.022), die Verdampfung oder Sublimation eines Körpers, beispielsweise von Trockeneis, zu nutzen, um einen Gasstrom zur Mitnahme der Atmosphäre einer zu kühlenden Zelle bei Beschleunigung durch eine Venturi-Anordnung zu erzeugen. Die beschriebene Vorrichtung umfaßt eine breite Zuleitung für die Kühlgasmischung, das einen Gasstrom zuführt, wobei sich dieser Strom mit zunehmendem Druck entfernt. Die in der Zelle erzielten Temperaturen sind nicht homogen.
Eine ähnliche Vorrichtung (DE-A-3.008.355) ist für einen an Bord von Flugzeugen verbrachten Wagen vorgeschlagen worden. Diese Vorrichtung hat jedoch wegen der unzureichenden Homogenität der erzielten Temperaturen keine praktische Anwendung gefunden. Das gleiche gilt auch für andere bekannte Vcrrichtungen (US-A- 3.447.334, US-A-4.576.010).
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Nachteile zu beseitigen, indem in der gekühlten Zelle aus einem Vorrat von Kältematerial, das verdampft und dabei die Kälteleistung der Zustandsänderung in der genannten Zelle freisetzt, ein gekühlter Zwangsluftstrom erzeugt wird, der im Hinblick auf seine homogene Verteilung in den verschiedenen Teilen der gekühlten Zelle kanalisiert werden kann, ohne daß eine außerhalb der gekühlten Zelle liegende Antriebsguelle erforderlich ist, um diese Zwangszirkulation zu bewirken. Sie hat außerdem den Zweck, eine Selbstregulierung des Durchsatzvolumens und der Temperatur der gekühlten Luft nach Maßgabe der Umgebungstemperatur der gekühlten Zelle sicherzustellen.
Dieser Zweck wird erfindungsgemäß durch eine bewegliche gekühlte Zelle für Lebensmittel erreicht, die eine Anlage zur Erzeugung eines Stroms von gekühltem Gas aus einer festen oder flüssigen Kühlmasse umfaßt, enthaltend eine geschlossene Verdampfungskammer, die für die Aufnahme einer Füllung vcn Kältematerial in flüssigem oder festem Zustand geeignet und druckfest ausgeführt ist, einen Ejektor in Venturi-Ausführung, der die Mitnahme eines größeren Gasvolumens durch einen Gasmitnahmestrom unter Druck gewährleistet, und eine Leitung, welche die genannte geschlossene Verdampfungskammer mit dem genannten Ejektor verbindet, um diesem das Gas aus der Kammer durch Verdampfung oder Sublimation des Kältematerials in Form eines unter Druck stehenden Gasmitnahmestroms zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt des Ejektors mit einem Schlauch verbunden ist, dessen Länge sich quer durch eine gekühlte Kammer erstreckt, wobei dieser Schlauch über seine Länge Austrittsöffnungen aufweist, die aus Düsen bestehen, um den Gasstrom im gesamten Volumen der genannten gekühlten Kammer zu verteilen und um die Umwälzung der Luft in der genannten Kammer durch von diesen Düsen ausgehende Gasstrahlen zu gewährleisten, während die geschlossene Verdampfungskammer eine Leitung umschließt, die in Wärmeaustauschkontakt mit der Kältematerialmasse steht, wobei die genannte Leitung zwischen der Atmosphäre der gekühlten Kammer und dem Eintritt des Mitnahme-Ejektors angeschlossen ist.
Die bei dem Verfahren verwendete kälteerzeugende Substanz kann jede feste oder flüssige Substanz sein, die bei einer niedrigen Temperatur mit großer Massekälteleistung sublimiert oder verdampft. In der Praxis ist der Einsatz von Kohlendioxid vorzuziehen, wie es bereits bei derartigen Anwendungen benutzt wird und das von daher im Handel erhältlich und leicht zu handhaben ist. Das Kohlendioxid bzw. der Kohlensäureschnee verdampft durch Sublimation bei -79ºC und bei atmosphärischem Druck unter Freisetzung einer Kälteleistung von 177 Wh/kg (153 kcal/kg). Man könnte jedoch im Rahmen der Erfindung auch ein Flüssiggas wie Flüssigstickstoff oder Flüssigluft verwenden.
Nach einem weiteren Merkmal umfaßt die Leitung zur Verbindung zwischen der geschlossenen Verdampfungszelle und dem Ejektor einen als Wärmeaustauscher dienenden Teil zwischen dem darin zirkulierenden Gas und der Atmosphäre der gekühlten Zelle.
Nach einem weiteren Merkmal wird die Luft der gekühlten Zelle zwischen der genannten Zelle und dem Saugeintritt des Ejektors so kanalisiert, daß sie mit der Wand der Verdampfungszelle in Wärmeaustausch tritt.
Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen in Form eines veranschaulichenden Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der folgendes dargestellt ist:
Figur 1 ist eine schematische Schnittansicht entlang der Linie 1-1 von Figur 2 zu einem gekühlten Wagen, der eine erfindungsgemäße Anlage enthält, während Figur 2 eine horizontale Schnittansicht dieses Wagens entlang der Linie II-II von Figur 1 zeigt und Figur 3 eine vereinfachte schematische Längsschnittansicht einer Variante des Wagens gemäß den Figuren 1 und 2 darstellt.
In den Zeichnungen bezeichnet die Ziffer 1 allgmein die isolierenden Wände des Wagenbehälters, in dem die Tabletts mit den Speisen vertikal aufgestapelt sind.
Im Volumen dieses Behälters und an dessen oberem Teil ist in Form einer Trennwand 2 ein separates Abteil 3 ausgeführt, in dem die geschlossene Verdampfungszelle oder der Kasten 4 untergebracht ist, der aus einem Gehäuse mit dichtem Verschlußdeckei 5 besteht.
In der geschlossenen Verdampfungszelle 4 und über deren Boden befindet sich eine Schlange 6, deren Rohrlängen einen Rost bilden, auf dem die Stücke aus festem Kohlendioxid 7 angeordnet sind. Die Schlange ist zwischen einer Öffnung 8, die in das Abteil 3 einmündet, und der Ansaugseite eines Gebläse-Ejektors 9 in Venturi-Ausführung mit Coanda-Effekt verzweigt, wo die Luft gefördert wird, die durch die Schlange 6 von dem Abteil 3 aus in einen Schlauch 10 gesaugt wird, der in Düsen 11 einmündet, die in dem ganzen Behälter verteilt sind.
Von der geschlossenen Verdampfungszelle 4 geht eine Leitung 12 aus, die über eine in dem Abteil 3 angebrachte Schlange 13 verläuft und den Gebläse-Ejektor 9 mit unter Druck stehendem Treibgas versorgt.
Die Bezugszahl 14 bezeichnet einen Lufteinlaß, durch den die Behälteratmosphäre in das Abteil 3 gelangt.
Der Kälteaustausch, der erfindungsgemäß in der als Beispiel beschriebenen gekühlten Zelle stattfindet, und die Funktionsweise dieser Zelle werden nachstehend beschrieben.
Die Speisentabletts oder die sonstigen zu kühlenden Lebensmittel werden in den Wagen gestellt, und die Blöcke aus festem Kohlendioxid 7 werden in die Verdampfungszelle 4 eingelegt, deren Deckel 5 anschließend wieder dicht verschlossen wird. Die Blöcke 7 werden durch Aufnahme von Kalorien aus der Atmosphäre der Zelle 4 unter Erzeugung von Kohlensäure bei einer Temperatur von -79ºC sublimiert. Der Druck in der Verdampfungszelle 4 liegt während des Betriebs bei einem Wert von etwa 1,5 bis 2 bar (150 bis 200 k Pa). Das in der Zelle 4 erzeugte gasförmige CO&sub2; tritt durch die Leitung 12 aus und wird in der Schlange 13 durch Aufnahme von Kalorien aus der Behälterluft erwärmt, die durch den Einlaß 14 in das Abteil 3 gelangen kann. Dadurch erhöht sich der Volumendurchsatz des unter Druck stehenden sublimierten Gases, das als Treibgas in dem Gebläse-Ejektor 9 verwendet wird, während gleichzeitig an der Luft des Abteils 3 eine erste Abkühlung erfolgt. Nachdem der Gebläse-Ejektor 9 auf diese Weise mit Gas versorgt wird, saugt er über die Schlange 6 die Luft aus dem Abteil 3 an, um sie in den Schlauch 10 zu fördern, der sie durch die Düsen 11 in dem gesamten Behälter verteilt. Bei ihrer Zirkulation in der Schlange 6 führt die in das Abteil 3 angesaugte Luft den Blöcken aus festem Kohlendioxid 7 Kalorien zu, deren Sublimationsgeschwindigkeit und somit die Freisetzung von Kälteleistung von daher von der Temperatur der in das Abteil 3 angesaugten Luft und von dem durch den Gebläse-Ejektor 9 bewirkten Volumendurchsatz abhängig ist, wobei dieser Durchsatz außerdem von der Sublimationsgeschwindigkeit des Kohlendioxids abhängt.
Die Luft außerhalb des Behälters, die durch den Einlaß 14 angesaugt wird, kühlt sich durch Wärmeaustausch auf der Schlange 13 und anschließend durch Wärmeaustausch mit der Zelle 4 bei ihrer Zirkulation in dem Abteil 3 in Kontakt mit deren Wänden ab. Im Anschluß an diese beiden Wärmeaustauschvorgänge verliert sie den größten Teil ihrer Feuchtigkeit in Form einer Kondensation, die in Vereisung übergeht. Anschließend kommt es zu einer weiteren Abkühlung der Luft bei ihrer Zirkulation in der Schlange 6, woraufhin sie sich mit der sublimierten und in der Schlange 13 erwärmten Kohlensäure vermischt, so daß ein Gemisch entsteht, dessen Volumen dem sechs- bis zwölffachen Gasvolumen entspricht, das sich aus der Sublimation der Blöcke 7 ergibt, was bei einem Druck von 200 Pa und bei einer Temperatur von nur wenigen Grad unter Null geschieht. Dieses durch die Düsen 11 austretende Gasvolumen gewährleistet eine intensive zusätzliche Mitnahme der Umgebungsluft des Behälters, wodurch in letzterem eine absolut homogene Verteilung der Temperaturen ermöglicht wird, die um ± 1 ºC um die mittlere Temperatur schwanken.
Um die mittlere Temperatur automatisch zu regulieren, kann an der Zelle 4 ein geeichtes , hier nicht dargestelltes Ventil vorgesehen sein, welches in dieser Zelle einen konstanten Druck und somit eine konstante Fördermenge der den Gebläse-Ejektor 9 versorgenden Treibgasmenge und somit der mitgeführten Durchsatzmenge gewährleistet, oder aber ein temperaturempf indliches Thermosatat-Ventil, welches den direkten Austritt der Sublimationsgase in die Behälterzelle zuläßt, wenn die mittlere Temperatur auf einen Wert unterhalb des Einstellwerts absinkt, wobei durch diesen direkten Austritt wiederum die Fördermenge des Gebläse-Ejektors 9 und somit die Luftmenge in der Schlange 6 und die Sublimationsqeschwindigkeit der Blöcke 7 reduziert wird.
Nunmehr wird auf die Figur 3 Bezug genommen.
Es kann vorgesehen werden, den Eintritt des Lufteinlasses 14 mit einer Thermostatklappe 15 zu versehen, die gegenüber der Temperatur in der gekühlten Zelle 1 empfindlich ist, so daß sie sich öffnet, wenn in dieser Zelle 1 eine Mindesttemperatur erreicht ist. Vorteilhafterweise wird durch eine umgekehrt zur Klappe 15 angebrachte zweite Therrnostatklappe 16 der Kasten 4 kurzgeschlossen, um die zu kühlende Luft direkt dem Eintritt des Gasejektors 9 zuzuleiten, so daß ein zu starker Temperaturabfall des angesaugten Volumens verhindert wird, wodurch ein Gefrieren der in der gekühlten Zelle enthaltenen Lebensmittel bewirkt werden könnte, insbesondere wenn sich der Wagen in einer kälteren Umgebung als normal befindet. In der Variante von Figur 3 ist der Kasten 4 mit Wärmeaustauschrippen versehen, die so an seiner Außenseite angeordnet sind, daß sein Nutzvolumen vergrößert wird.

Claims

1. Bewegliche gekühlte Zelle für Lebensmittel, enthaltend eine Anlage zur Erzeugung eines Stroms von gekühltem Gas aus einer festen oder flüssigen Kühlmaterialmasse, enthaltend eine geschlossene Verdampfungskammer (4), geeignet zur Aufnahme einer Füllung (7) von Kältematerial im flüssigen oder festen Zustand und druckfest ausgeführt, einen Ejektor (9) in Venturi-Ausführung, der die Mitnahme eines größeren Gasvolumens durch einen Gasmitnahme-Strom unter Druck gewährleistet, und eine Leitung (12), durch die die genannte geschlossene Verdampfungskammer (4) mit dem genannten Ejektor (9) verbunden ist, um diesem das Gas aus der Verdampfungs- oder Sublimationskammer für das Kältematerial in Form eines unter Druck stehenden Gasmitnahmestroms zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt des Ejektors (9) mit einem Schlauch (10) verbunden ist, dessen Länge sich quer durch eine gekühlte Kammer erstreckt, wobei dieser Schlauch über seine Länge Austrittsöffnungen aufweist, die aus Düsen (11) bestehen, um den Gasstrom im gesamten Volumen der genannten gekühlten Kammer zu verteilen und um die Umwälzung der Luft in der genannten Kammer durch von diesen Düsen (11) ausgehende Gasstrahlen zu gewährleisten, während die geschlossene Verdampfungskammer (4) eine Leitung (6) umschließt, die in Wärmeaustauschkontakt mit der Kältematerialmasse (7) steht, wobei die genannte Leitung (6) zwischen der Atmosphäre der gekühlten Kammer und dem Eintritt des Mitnahmeejektors angeschlossen ist.

2. Eine gekühlte Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (12) zur Verbindung der geschlossenen Verdampfungszelle (4) mit dem Ejektor (9) einen Teil (13) enthält, der einen Wärmetauscher zwischen dem darin zirkulierenden Gas und der Atmosphäre der gekühlten Zelle bildet.

3. Eine gekühlte Zelle nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft der gekühlten Zelle (14) zwischen der genannten Zelle und dem Saugeintritt (8) des Ejektors (9) so kanalisiert ist, daß sie in Wärmeaustauschkontakt mit der Wandung der Verdampfungszelle (4) steht.