DE4415326C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Gasen und Gasgemischen mit CO¶2¶ - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Gasen und Gasgemischen nach den Oberbegriffen der An­ sprüche 1 und 2.

Bei dem Betrieb von Klimaanlagen, Kühlräumen und Gefrieranlagen werden Gase oder Gasgemische wie beispielsweise Luft durch Kühlvorrichtungen gekühlt. Nach dem Stand der Technik werden bei dem Betrieb solcher Kühlvorrichtungen Kühlmittel, wie halogenierte Kohlenwasserstoffe, Ammoniak und CO₂ eingesetzt. Die Verwendung von halogenierten Kohlenwasserstoffen geht wegen deren Ozon-Abbaupotential zurück. Ammoniak ist toxisch und brennbar, hat einen durchdringenden Geruch und reizt die Schleimhäute. Bei Leckagen besteht daher ein hohes Panik-Risiko, es ist daher nur mit kostenintensivem Aufwand in der Gebäudetechnik einsetzbar.

In der EP 0424 474 B1 wird ein geschlossener Dampfkom­ pressionskreislauf mit CO₂ als Kreisgas beschrieben. Das Kreisgas wird über einen Kompressor bis auf einen überkritischen Druck verdichtet, über einen Kühler abgekühlt und über eine Druckentspannung in eine Zwei­ phasenmischung aus Gas und Flüssigkeit umgewandelt. In einem Vorratsbehälter wird die Flüssig-/Gas-Kühlmenge zwischengelagert. Über einen Verdampfer wird Luft mit Hilfe des Verdampfungswärme übertragenden flüssigen Anteils des Flüssigkeits-Gasgemisches aus CO₂ indirekt gekühlt.

Bei dem in der EP 0424 474 B1 beschriebenen Verfahren besteht die Gefahr, daß trotz eines nachgeschalteten Wärmeaustauschers noch nicht verdampfte Flüssigkeitstropfen aus CO₂ den Kompressor durch Abrasion beschädigen können.

Das Verfahren benötigt aufgrund der Verwendung von überkritischem CO₂ im Hochdruckteil besonders hochwertige Dichtungsmaterialien, da das CO₂ im überkritischen Zustand die Eigenschaften eines organi­ schen Lösungsmittels hat, und besonders hochwertige Anlagenbestandteile, die den Anforderungen an die Bedingungen genügen.

Die DE-PS 2 78 095 zeigt einen Kühlkreislauf mit CO₂ im überkritischen Hochdruckbereich und mehrstufiger Verdichtung und Kühlung.

Solch aufwendige Vorrichtungen sind für Anwendungen, bei denen auf kostengünstige Konstruktionen Wert gelegt wird, wie zum Beispiel bei Klimaanlagen in Automobilen ungeeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der auf einfachere und vor allen Dingen kostengünstige Weise eine Kühlung von Gasen und Gasgemischen vorgenommen werden kann.

Ausgehend von dem in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2 be­ rücksichtigten Stand der Technik ist die Aufgabe erfin­ dungsgemäß mit den in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmalen gelöst.

Kohlendioxid ist weder toxisch noch brennbar, besitzt kein Ozon-Abbaupotential und kein Panik-Risiko.

Wesentlich für die Erfindung ist, daß anstelle eines aufwendigen, platzbeanspruchenden Kühlverfahrens ein Verfahren tritt, mit dem kosten­ günstig und auf kleinstem Raum ein Gas oder Gasgemisch unter umweltfreundlichen Bedingungen zu Kühlzwecken temperiert werden kann. Entsprechende Vorrichtungen können beispielsweise problemlos als Klimaanlagen für Automobile unter der Kühlerhaube untergebracht werden.

Die Zeichnung veranschaulicht eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Form.

Das unterkritische CO₂ wird einem Speicherbehälter 1 entnommen, einem Entspannungsventil 2 zugeführt und nach der Druckentspannung in einen Wärmeaustauscher 3 geleitet, in den das abzukühlende Gas eingeleitet wird. Das aus dem Wärmeaustauscher 3 austretende CO₂ wird in einem ersten Kompressor 4 vorkomprimiert, in einem dem Kompressor 4 nachgeschalteten Wärmeaustauscher 5 vor­ gekühlt und durch Einleiten in einen Kompressor 6 und anschließend in einen Wärmeaustauscher 7 einer weiteren Verdichtung und Kühlung unterzogen, wonach es erneut dem Speicherbehälter 1 zugeführt wird. Alle Elemente der Vorrichtung sind durch eine Rohrleitung B in Serie verbunden. Die Einleitung des zu kühlenden Gases erfolgt durch die Rohrleitung 9, der Austritt durch die Rohrleitung 10. Den Wärmeaustauschern 5 und 7 wird ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser durch die Zuleitungen 11 und 13 zugeführt und durch die Leitungen 12 und 14 abgeführt.

An einem Ausführungsbeispiel soll ein derartiger Kreislauf beschrieben werden.

Das CO₂ wird mit einem Druck von 40 bar und einer Temperatur von 25°C dem Speicherbehälter 1 entnommen und hat nach der Entspannung durch das Entspannungs­ ventil 2 einen Druck von 1,5 bar und eine Temperatur von -35°C mit der es in den Wärmeaustauscher 3 eingeführt wird. Ein zu kühlendes Gas wird mit einer Temperatur von 45°C dem Wärmeaustauscher 3 zugeleitet und tritt nach dessen Abkühlung mit einer Temperatur von 5°C aus. Bei diesem Wärmeaustausch erwärmt sich das CO₂ bei 1,5 bar auf 0°C und wird der ersten Kompressions- und Abkühlstufe, bestehend aus dem Kompressor 4 und dem Wärmeaustauscher 5 zugeführt. Nach Verlassen des Kompressors 4 hat das CO₂ einen Druck von 20 bar und eine Temperatur von 220°C. Im Wärmeaustauscher 5 findet eine Abkühlung auf 50°C statt. Das CO₂ tritt nach isentroper Erwärmung aus dem Kompressor 6 mit einem Druck von 40 bar und einer Temperatur von 110°C aus. Nach dem Verlassen des Wärmeaustauschers 7 hat das CO₂ eine Temperatur von 25°C und wird mit einem Druck von 40 bar erneut dem Speicherbehälter 1 zugeführt.

Claims (2)

1. Verfahren zum Kühlen von Gasen und Gasgemischen (9), bei dem unter Druck stehendes CO₂ (8) in einem geschlossenen Kreislauf entspannt (2) und somit abgekühlt, zum Wärmeaustausch (3) mit dem zu kühlenden Gas oder Gasgemisch (9) in Kontakt gebracht und nach Beendigung des Wärmeaustausches (3) in zwei Stufen (4, 6) mit jeweils anschließender Kühlung (5, 7) verdichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das CO₂ vor seiner Entspannung gespeichert (1) wird und während des gesamten Kreislaufs gasförmig bleibt.

2. Vorrichtung zum Kühlen von Gasen und Gasgemischen (9) mit gasförmigem CO₂ als Kühlmittel in einem geschlossenen Kreislauf, wobei ein Entspannungs­ ventil (2), ein erster Wärmeaustauscher (3) zur Kühlung des zu kühlenden Gases oder Gasgemisches (9), ein erster Kompressor (4) zur Vorkompression, ein zweiter Wärmeaustauscher (5) zur Vorkühlung und ein zweiter Kompressor (6) zur Nachkompression sowie ein dritter Wärmeaustauscher (7) zur Nach­ kühlung durch eine Rohrleitung (8) in Serie angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dritten Wärmeaustauscher (7) und dem Entspannungsventil (2) ein Speicherbehälter (1) für das CO₂ an­ geordnet ist.