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Vorrichtung zum Kühlen mittels fester Kohlensäure Die Erfindung bezieht
sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen mittels fester Kohlensäure und zwangsläufigen,
von den Kohlensäuregasen unterkühlten Kreislaufes einer Sole, deren Behälter mit
dem Kohlensäureeisbehälter und den Kühlgutkammern zu einem Kreissystem vereinigt
sind.
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Die Schwierigkeit und Unwirksamkeit beim Kühlen durch direkte Übertragung
mit einer schnellen und unbeherrschbaren Verdampfung des Kohlensäureeises und unregelbaren
und ungenauen Temperaturen sind bekannt.
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Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, eine Flüssigkeit, welche
einen äußerst niedrigen Gefrierpunkt hat, in Berührung mit dem festen Kohlensäureeis
umlaufen zu lassen und diese Umlaufsflüssigkeit zusammen mit dem hiervon absorbierten
Kohlensäuregas als Wärmeübertragungsmittel zu benutzen, wobei eine Pumpe, welche
eine außenliegende Energiequelle hat, dazu benutzt wurde, die Flüssigkeit in Umlauf
zu setzen, und dabei der Umlauf durch die Strömungsenergie der Kohlensäuregase unterstützt
wurde.
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Wenn aber eine Flüssigkeit in unmittelbarer Berührung mit dem festen
Kohlensäureeis umläuft, so ist eine Flüssigkeit von äußerst niedrigem Gefrierpunkt
notwendig, auch wenn die Pumpe den Umlauf ständig aufrechterhält. Da ferner die
Flüssigkeit in unmittelbarer Berührung mit dem festen Kohlensäureeis ist, wird die
Verdunstung des Eises erheblich beschleunigt mit dem Ergebnis, daß äußerst niedrige
Temperaturen erhalten werden, die oft unerwünscht und auch nicht notwendig sind.
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Es ist ein Hauptzweck der Erfindung, die Benutzung einer außenliegenden
Energiequelle für den Umlauf der Gefrierflüssigkeit zu vermeiden und nur die potentielle
Energie des Kohlensäuregases zu benutzen; um die Flüssigkeit in Umlauf zu versetzen,
wird dieses Gas in die erwärmte Flüssigkeit eingeleitet. Ein weiteres Merkmal der
Erfindung besteht darin, den Behälter für das feste Kohlensäuregas mit dieser Sole
zu umgeben, die ihre Wärmeübertragung bereits ausgeführt hat, so daß eine Sole von
einem höheren Gefrierpunkt benutzt werden kann und dennoch im wesentlichen eine
unmittelbare Leitfähigkeit zwischen der Sole und dem Kohlensäuregas erzielt wird.
Das Kohlensäuregas ist äußerst kalt, und es ist daher nicht notwendig, die Sole
in unmittelbarer Berührung mit dem Kohlensäureeis umlaufen zu lassen, um die gewünschte
Temperatur in den Kühlgutkammern zu erhalten.
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Da der Umlauf der Sole durch das Gas verursacht wird, welches von
dem festen Kohlensäureeis verdampft, und da ferner die Sole aus der Kühleinheit
den Kohlensäureeisbehälter umgibt, ist zu erkennen, daß, wenn die Kühlgutkammer
anfänglich warm ist, ein schneller Umlauf der Sole erreicht wird, da die Oberfläche
des Behälters von, der warmen Sole bestrichen wird und das feste Kohlensäureeis
sich
schnell verflüchtet. Wenn aber einmal die Kühlgutkammer sich
bis auf die gewünschte Temperatur abgekühlt hat, so wird alsdann die den Kohlensäureeisbehälter
umspülende Sole eine bedeutend tiefere Temperatur haben und demzufolge die Verdampfungsgeschwindigkeit
des festen Kohlensäureeises niedrig halten. Die den Kohlensäureeisbehälter umspülende
kalte Sole wird daher nicht nur die Verdampfung des festen Kohlesäureeises zu verringern
suchen, sondern wird auch den Gasdruck verringern und den Umlauf einzuschränken
suchen. In vielen Fällen sind für die Kühlgutkammern zu niedrige Temperaturen ebenso
nachteilig wie zu hohe.
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Gemäß der Erfindung ist daher die Einrichtung so getroffen, daß eine
offene Rohrleitung aus dem Kohlensäureeisbehälter in einen Teil der Soleumlaufleitung
führt, wobei dieser das Rohrleitungsende aufnehmende, zylindrisch erweiterte Teil
mit einem Kopfrohr in den Solebehälter mündet, so daß das Kohlensäuregas aus dem
Kohlensäureeisbehälter unter pumpenartiger Förderwirkung in die Soleumlaufleitung
getrieben wird.
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Um den festen Kohlensäureeisblock solange als möglich zu erhalten
und dennoch die gewünschte Kühlwirkung zu erzielen, ist gemäß der Erfindung in die
Kohlensäureleitung ein Ventil eingeschaltet, um die Strömungsgeschwindigkeit und
demzufolge die Umlaufsgeschwindigkeit der Sole unmittelbar regeln zu können. Die
gewünschte Pumpenwirkung des Kohlensäuregases wird dadurch erhalten, daß man verhältnismäßig
niedrigen Druck innerhalb des Kohlensäureeisbehälters aufrechterhält. Es ist somit
möglich, Temperaturen aufrechtzuerhalten, die für im Hausgebrauch vorhandene Kühlvorrichtungen
geeignet sind, bzw. Temperaturen aufrechtzuerhalten, um fast gefrorene Nahrungsmittel
zu erhalten, ohne unter die gewünschte Temperatur zu tief heruntergehen zu müssen
und dadurch eine unerwünschte Verschwendung des festen Kohlensäureeises zu verursachen.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in einer Ausführungsform beispielsweise
dargestellt, und zwar ist Abb. i ein senkrechter Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung; Abb.2 zeigt in größerem Maßstabe einen Teil der Luftpumpe.
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Die Zeichnung zeigt einen Behälter i -zur Aufnahme eines Blockes 2
aus festem C02. Dieser Behälter kann aus Aluminium oder einem anderen gut leitenden
Material bestehen. Soleführende Schlangen 3 sind innerhalb des Behälters i bzw.
in wärmeleitender Beziehung zu ihm angeordnet und stehen vorzugsweise in unmittelbarer
Berührung mit dem festen CO"
d. h. das feste C02 kann unmittelbar von den
Schlangen getragen werden bzw. innerhalb der Windungen der Schlangen angeordnet
sein. Den Behälter i umgibt ein ringförmiger Aufnahmeraum .4, der zur Aufnahme einer
bestimmten :Menge Sole 5 dient. Diese Sole kann aus Chlorcalcium oder aus einer
anderen Substanz von verhältnismäßig niedrigem Gefrierpunkt bestehen. Die Schlangen
3 befinden sich in unmittelbarer Verbindung mit dem Solevorrat 5 und führen die
Sole zu einer geeigneten Kühleinheit 6. Es ist zu bemerken, daß diese Kühleinheit
sich an irgendeiner Stelle neben dem Hauptbehälter i bz«-. von letzterem entfernt
befinden kann; von Bedeutung ist hierbei, daß die gekühlte Sole einer geeignet konstruierten
und in geeigneter Stellung angeordneten Kühleinheit zugeführt wird, um die @gewünschte
Kühlwirkung herbeizuführen.
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In dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die
Kühleinheit aus einer zur Eiszeugung oder als Kühlraum dienenden Vorrichtung, deren
Abteilungen 7 von den Kühlschlangen 8 umgeben werden. Gegebenenfalls kann diese
Vorrichtung unmittelbar aus Kunststein hergestellt werden, wie in Abb. i, indem
der künstliche Stein als noch plastische Masse um die äußeren Flächen der Formen
für die Abteile, Schlangen und Aufnahmeraum q. eingebaut wird, so daß das Ganze
eine feste Einheit bildet.
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Um einen ununterbrochenen Umlauf der Sole durch die Schlangen 3 und
8 zu erzielen, wird die Sole vorzugsweise durch einen verbreiterten Zylinder g geführt
und von dort aus zu einer Stelle io innerhalb des Aufnahmeraumes 4. Ein verhältnismäßig
enges Standrohr 12 befindet sich innerhalb des Hauptbehälters i und dient dazu,
das verdampfte CO, unter einem kleinen Überdruck in ein innerhalb des Zylinders
g angeordnetes Rohr 13 zu leiten. Zwecks Regelung des Druckes und der Strömung innerhalb
des Rohres 12 kann ein Ventil 14. sowie ein Druckentlastungsventil15 vorgesehen
sein. Die Erfahrung hat gezeigt, daß ein Druck von etwa 4,5 kg/ cm2 die beste
Wirkung bei einer Vorrichtung von der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsart
ergibt, wobei der in dem Behälter i entstehende Überdruck durch das Ventil i5 beseitigt
wird.
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Das innerhalb des Zylinders q befindliche Rohr 13 besitzt vorzugsweise
eine Anzahl seitlich angeordneter Öffnungen 16 (Abb. 2). Es hat sich herausgestellt,
daß bei einer wie in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung eine Höchstwirkung
bei einem etwa 6-mm-Rohr i3, in welchem die Öffnungen 16 etwa 15 cm auseinander
liegen, erzielt wird: Durch die Öffnungen 16 tritt das unter einem gewissen Druck
stehende CO,-Gas seitlich aus und steigt in der Sole auf, um kolbenartig kleine
Solemengen periodisch durch das Kopfrohr des Zylinders 9
zu
treiben, das im Raume q. ausmündet, so daß diese kleinen Solemengen bei io zur Solemasse5
übertreten. Das dabei mitgenommene Kohlensäuregas kann am oberen Ende der Vorrichtung,
z. B. mittels Öffnungen 17, ins Freie geführt werden.
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Bei Benutzung eines Zylinders 9 aus Glas ließ sich beobachten, daß,
wenn der Druck innerhalb des Behälters i und damit in dem Rohr 12 erhöht wird, das
C 02 Gas in feinen Strömen nach oben durch die Sole entweicht, statt die Sole selbst
zu heben, d. h. daß das Gas, anstatt kolbenartig zu treiben, sich unter dem höheren
Druck glatt einen Weg durch die Sole bahnt und aus dem Kopfrohr bei io nur Gas entweicht.
Die Arbeitsweise ist folgende: Nach Einfüllung der Sole 5 in den Raum q. wird der
Block aus festem C02 in den Behältern gelegt, der innere Deckel 18 geschlossen und
der isolierte Deckel i9 aufgesetzt. Da im Anfang die Sole eine verhältnismäßig hohe
Temperatur besitzt, beginnt das feste CO, schnell zu verdampfen, wodurch
die innerhalb der Schlangen 3 befindliche Sole auf eine sehr niedrige Temperatur
gebracht wird. Natürlich hat die gekühlte Sole die Neigung, den unteren Teilen der
Schlangen 8 zuzufließen; der Umlauf wird jedoch erheblich durch die Pumpenwirkung
innerhalb des Zylinders 9 beschleunigt. Bei der Verdampfung des CO, wird
ein vorher bestimmter Druck im Behälter i aufrechterhalten, und. das unter diesem
Druck stehende Kohlensäuregas wird durch das Standrohr 12 in das gelochte Rohr 13
geführt, aus dem es seitlich durch die Öffnungen 16 austritt, um Gaskolben zu bilden,
wie aus Abb. 2 ersichtlich, die infolge der verschiedenen spez. Gewichte kleinere
Solemengen nach oben befördern und bei io aus dem Kopfrohre, wie bei einer Kolbenpumpe,
herausbefördern.
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Mit einem zwangsläufigen Umtrieb dieser Art wird das ganze System
bzw. der ganze Solevorrat allmählich auf eine Temperatur gebracht, die im wesentlichen
derjenigen entspricht, welche ursprünglich in dem Behälter i auf Grund der Verdampfung
des festen CO,
erzeugt wurde. Der um den Behälter i herum aufrechterhaltene
Solevorrat 5 vermindert in erheblichem Maße die Wärmeübertragung vom Behälter i,
so daß, ist einmal das System auf die gewünschte niedrige Temperatur gebracht worden,
die. Verdampfung des C 02 erheblich verringert wird. Es besteht somit hier ein zwangsläufiges
Umtriebsystem, welches bewegte mechanische Teile nicht besitzt.
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Ein Vorrat von C02, genügend beispielsweise für 2q. bis 48 Stunden,
kann anfangs in den Behälter gelegt werden, so daß Kühlwirkung für eine vorher bestimmte
Zeitdauer erhalten wird. Es können natürlich manche Teile der Vorrichtung anders
gestaltet und angeordnet werden, ohne daß damit vom Grundgedanken abgewichen wird.
Dies gilt z. B. für Größe und Lagerung des Rohres 12. Es kann auch die Pumpenwirkung
im Zylinder 9 in anderer «'eise erzielt werden, wobei aber immer darauf gehalten
wird, daß das verdampfte C02 einen zwangsläufigen Umtrieb der Sole bewirkt.
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Weiterhin besteht auch keine Beschränkung auf eine bestimmte Form
der Kühleinheit, da der Umlauf der Sole bei einer Kühleinheit oder einem Vorratsbehälter
von beliebiger Bauart zu ermöglichen ist. Da das Angebot von festem C 02 auf dem
Markt sich fortwährend steigert und die Preise sich in gleichem Maße verringern,
so ist zu ersehen, daß niedrige Temperaturen, die Nahrungsmittel schnell in den
richtigen Zustand der Konservierung bringen, hier mit relativ geringen Kosten erhalten
werden können, insbesondere im Verhältnis zu den heutigen teueren Vorrichtungen
zur Erzielung niedriger Temperaturen.
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Die Erfindung ist ebensowenig auf die Verwendung einer besonderen
Schlangenform zur Führung der Sole beschränkt; es könnten die Schlangen 3 auch wegfallen,
das C 02 unmittelbar in den Behälter i gelegt und die Schlangen 8 in direkte Verbindung
mit dem Soleaufnahmeraum gebracht werden. Die wesentlichen Merkmale bestehen eben
in dem zwangsläufigen Umtrieb in Verbindung mit einer entfernt liegenden Reglungseinheit.
Es hat sich herausgestellt, daß, wenn der C02 Gasabzug auf nur wenige Minuten geschlossen
wird, eine aus Chlorcalcium bestehende Sole festgefroren ist und das System verstopft.
Solange jedoch der Umlauf aufrechterhalten wird, kann die Sole nicht gefrieren.
Bei einer Vorrichtung der dargestellten Ausführungsart, in welchem eine sehr kleine
Solemenge benutzt wird und dessen Eis liefernde Kühleinheit eine Aufnahmekapazität
für ioo8 Eiswürfel besitzt, ist es in der Praxis möglich gewesen, eine Temperatur
zwischen 17 und 22° C unterhalb Nullpunkt für einen Zeitraum von ungefähr 8 Stunden
mit etwa 14 kg festem C 02 aufrechtzuerhalten.