DE4332917A1 - Verfahren und Anordnung zur Kälteerzeugung - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Kälteerzeugung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kälteerzeugung, bei dem ein FCKW-freier Kühlkreislauf für die Lagertemperaturhaltung und ein CO₂-Kühlmittelkreislauf zum Schockgefrieren genutzt wird. Im weiteren betrifft die Erfindung eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, einen sogenannten FCKW-freien Schockfroster.
Bekannt ist die Anwendung von Kohlendioxid -CO₂­ bereits seit langer Zeit, so unter anderem in Schiffskältemaschinen und in der Transportkühlung.
Mit dem Aufkommen der künstlichen Kältemittel, größtenteils auf FCKW-Basis, ging ein stetiger Ozonabbau und ein hoher Beitrag zum anthropogenen Treibhauseffekt einher.
Die daraus resultierende Entwicklung FCKW-freier Kühlmittel brachte einen entscheidenden Nachteil mit sich.
Sie waren bzw. sind für die Tieftemperaturkühlung (Schockgefrieren) 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 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.
Kühlmittelkreisläufe mit reinen CO₂-Kältemitteln haben thermodynamisch bedingt einen sehr hohen Verflüssigungsdruck.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem bei Kühlmittelkreisläufen mit CO₂- Kältemittel die thermodynamisch bedingten hohen Verflüssigungsdrücke reduziert werden und diese Kreisläufe für die Erzeugung von Tiefkühltemperaturen im Bereich bis -50 °C zu nutzen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß einem in sich geschlossenen, mit einem FCKW-freien Kältemittel befüllten Lagertemperaturkreislauf zur Erzeugung einer Schockgefrier- bzw. Tiefkühltemperatur ein weiterer in sich geschlossener, mit CO₂-Kältemittel versehener (Tieftemperatur-)Kühlkreislauf zugeschaltet wird.
Die Kühlmittelkreisläufe werden über eine Verdampfer-Verflüssiger-Einheit gekoppelt bzw. entkoppelt. Die Erzeugung einer Lagertemperatur im Bereich bis -15 °C erfolgt in an sich bekannter Weise über einen Kühlmittelkreislauf mit einem FCKW-freien Kältemittel. Zum Erreichen einer Tiefkühltemperatur im Bereich bis zu -50 °C 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 mit nachfolgenden Verdampfer entspannt und nimmt dabei eine bestimmte Wärmemenge auf. Das entspannte CO₂-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.
Zur Umschaltung auf den Lagertemperaturbereich werden beide Kühlmittelkreisläufe entkoppelt und die Erzeugung der Lagertemperatur im Bereich unter 0 °C erfolgt ausschließlich über den mit FCKW-freien Kältemittel befüllten Kreislauf.
Anhand eines Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher beschrieben werden.
Die Fig. 1 zeigt schematisch das Anlagenschaltbild.
Im Kühlraum 11 ist der Verdampfer 1 des FCKW-freien Kältemittelkreislaufes angeordnet. Dieser Kreislauf besteht aus dem Verdichter 8, dem Verflüssiger 9, dem Magnetventil 12 und dem Einspritzventil 4.
Zwischen der vom Verdampfer 1 kommenden Rücklaufleitung und der vom Verdichter 8 kommenden Vorlaufleitung ist eine Kurzschlußstrecke angeordnet. Die Kurzschlußstrecke besteht aus den beiden Magnetventilen 10 und der Verdampfer- Verflüssiger-Einheit 7.
über diesen Kreislauf wird im Kühlraum 11 die Lagertemperatur, z. B. -10 °C, erzeugt.
Zur Erzeugung einer Schockgefrier- bzw. Tiefkühltemperatur ist ein zweiter Kreislauf mit CO₂ als Kältemittel angeordnet. Dieser besteht aus dem im Kühlraum 11 angeordneten Verdampfer 2, dem Verdichter 3, dem Zwischenkühler 6, dem Anschluß an die Verdampfer-Verflüssiger-Einheit 7 und dem Einspritzventil 5. Der Zwischenkühler 6 ist als Wärmetauscher mit Gebläse ausgebildet.
Zur Erzeugung einer Tiefkühltemperatur von z. B. -40 °C wird der CO₂-Kältemittelkreislauf zugeschaltet. Durch Schließen des Magnetventiles 12 und Öffnen der Magnetventile 10 wird er FCKW-freie Kältemittelkreislauf verkleinert. Dieser besteht dann aus dem Verdichter 8, dem Verflüssiger 9 und der Verdampfer-Verflüssiger-Einheit 7. Die dem Kühlgut im Kühlraum 11 entzogene Wärme wird über den Verdampfer 2 vom CO₂-Kältemittel aufgenommen und über Verdichter 3 und Zwischenkühler 6 dem Verflüssiger der Verdampfer-Verflüssiger-Einheit 7 zugeführt.
Die im Verflüssiger der Einheit 7 abgegebene Wärme wird über den Verdampfer der Einheit 7 an das FCKW- freie Kühlmittel abgeführt. Die Wärmeabgabe des FCKW-freien Kühlmittels erfolgt dann über den Verflüssiger 9.
Die Kopplung bzw. Entkopplung der beiden Kreisläufe erfolgt mittels der Magnetventile 10.
Durch die Kopplung eines FCKW-freien Kältemittelkreislaufes mit einem CO₂- Kältemittelkreislaufes ist es möglich, Kühlanlagen mit FCKW-freien Kältemittel Tiefkühltemperaturen bis zu -50 °C zu erreichen. Desweiteren erfolgt eine Reduzierung der thermodynamisch bedingten hohen Verflüssigungsdrücke bei CO₂-Kältemitteln.

Claims (5)

1. Verfahren zur Kälteerzeugung mit in Kaskade geschalteten Kühlmittelkreisläufen dadurch gekennzeichnet, daß einem in sich geschlossenen, mit einem FCKW- freien Kältemittel befüllten Lagertemperaturkreislauf zur Erzeugung einer Schockgefrier- bzw. Tiefkühltemperatur ein weiterer in sich geschlossener, mit CO₂- Kältemittel versehener Kühlmittelkreislauf zugeschaltet wird.
2. Verfahren zur Kälteerzeugung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelkreisläufe über eine Verdampfer- Verflüssiger-Einheit gekoppelt bzw. entkoppelt werden.
3. Verfahren zur Kälteerzeugung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterkühlung des CO₂-Kältemittels mittels FCKW-freien Kältemittel erfolgt.
4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung zwischen Verdampfer und Verdichter des FCKW-freien Kältemittelkreislaufes ein Abzweig angeordnet ist, der über Ventileinheiten und der Verdampfer-Verflüssiger- Einheit mit der vom Verdichter kommenden Vorlaufleitung verbunden ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vorlaufleitung ein Absperrventil angeordnet ist.
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