DE60022125T2 - Tiefstkühlen von Waren - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Fahrzeug zum Transportieren gekühlter Waren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bekannte kryogene Kühlsysteme zum Transportieren verderblicher Lebensmittel und dgl. umfassen schwer isolierte flüssige Speichertanks, die in der Lage sind, flüssigen Kryogen bei mehreren Atmosphären Druck aufzunehmen. Ein Verteilungssystem ist vorgesehen, das den Druck im Speichertank ausnützt, um einen kryogen Sprühstrahl innerhalb eines Behälters zu erzeugen, um die Temperatur innerhalb des Behälters und von darin enthaltenen Lebensmitteln abzusenken. Diese Systeme sind bei Kühlanhängern oder Kühlwagen üblich, entweder anstelle einer oder in Kombination mit einer mechanischen Kühleinheit.
  • Solche herkömmliche kryogene Kühlsysteme sind komplex und teuer zu unterhalten und in geeigneter Weise zu betreiben, und es besteht ein Bedürfnis für eine effizientere Weise des Einsatzes einer kryogenen Flüssigkeit zum Kühlen von Waren auf dem Transport ohne Verlust von Kühlleistung.
  • Das US-Patent 4 561 258 beschreibt ein System zur Zufuhr kryogener Flüssigkeiten unter niedrigem Druck aus einem isolierten Behälter, der zur Speicherung der kryogenen Flüssigkeit ausgelegt ist.
  • Eine Leitung mit einstellbarer Länge führt kryogene Flüssigkeit in den isolierten Behälter zu, in welchem ein Schwimmerball und ein Ventil die Flüssigkeitshöhe regulieren. Eine Auslassleitung am Boden des Behälters erlaubt das Ausfließen von Flüssigkeit aus dem Behälter durch Schwerkraft.
  • Die vorliegende Erfindung schafft ein Fahrzeug zum Transportieren gekühlter Waren, die einen darauf montierten wärmeisolierten Behälter aufweist, mit Mitteln zur Speicherung einer kryogenen Flüssigkeit und Mitteln zum Abgeben der kryogenen Flüssigkeit in den Behälter, um die Temperatur darin abzusenken, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter Ventile aufweist, welche die Abgabe der kryogenen Flüssigkeit entsprechend der Temperatur im Behälter steuern, und daß die Speichermittel einen unter atmosphärischem Druck stehenden Speichertank für kryogene Flüssigkeit umfassen.
  • Eine solche Anordnung, die in einem relativ einfachen und billigen Flüssigkeitsspeichertank verkörpert werden kann, der im wesentlichen aus geschäumten Polymermaterial wie beispielsweise Polystyrol gebildet ist, ist leichter und sicherer zu betreiben als herkömmliche kryogene Systeme: Da der Speichertank nur einen atmosphärischen Druck halten muß (was durch das Vorsehen eines geeignet eingestellten Überdruckventils unterstützt werden kann) kann die Kryogenmenge, die er enthält, schnell beispielsweise mittels eines geeigneten Gewichtsfühlers gemessen werden, und das Problem der Untersuchung, wie viel des Kryogens sich im flüssigen Zustand befindet und wie viel im gasförmigen Zustand, was bei den herkömmlichen Systemen erforderlich ist, ist unwesentlich. So benötigen Bedienungspersonen des Geräts nach der Erfindung weniger teures Training.
  • Die Zufuhr des kryogenen Mediums vom Speichertank zum wärmeisolierten Behälter zur Abgabe auf die gekühlten Waren kann zweckmäßigerweise durch Schwerkraft bewirkt werden. In einem typischen lastwagenmontierten System kann dies durch Anbringen der Speichermittel auf dem Dach des Führerhauses erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Pumpe vorgesehen sein um das krygone Medium zu fördern, jedoch wäre dies nachteilig, da eine solche Pumpe eine separate Energiequelle benötigen würde. Da die Drücke des kryogenen Mediums sowohl im Speichertank als auch in den Zufuhrleitungen vom Speichertank zu den Abgabemitteln im wesentlichen atmosphärisch sind, können diese Leitungen billig aus Kunststoffmaterial hergestellt werden oder aus viel dünnerem isoliertem Material als jene von herkömmlichen Hochdrucksystemen.
  • Die Abgabe des kryogenen Mediums in den Behälter erfolgt durch thermostatisch gesteuerte Elektromagnetventile, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist.
  • Ein weiteres Problem mit herkömmlichen kryogenen Transportkühlsystemen tritt auf, wenn ein einfaches Fahrzeug zur Vornahme einer Anzahl gesonderter Auslieferungen benutzt wird, jeweils nur mit einer relativ kleinen Menge gekühlter Waren. Bei herkömmlichen Systemen mit mehreren Abladestellen findet ein häufiges Öffnen und Schließen des isolierten Behälters zur Entnahme von Waren statt, und jedes Mal muß dabei das Kühlsys tem auf Umgebungstemperatur innerhalb des gesamten Behälters heruntergebracht werden, was eindeutig ineffizient ist.
  • Das US-Patent 5 729 983 beschreibt einen Behälter für den Transport verderblicher Lebensmittelprodukte, der in zwei Kammern unterteilt ist, in welche ein kryogenes Kühlmittel gesprüht wird. Daher ist nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein transportabler Behälter für gekühlte Waren, wie hier beschrieben und beansprucht, in eine Mehrzahl diskreter Kammern unterteilt, und eine Mehrzahl von Abgabemitteln ist vorgesehen, die jeweils zur Abgabe von kryogenem Medium in eine einzelne Kammer ausgelegt sind.
  • Mit einer solchen Anordnung brauchen, wenn nur eine kleine Ladung ausgeliefert wird, nur eine oder zwei Kammern geöffnet und nach Entnahme ihrer Beladung entweder wieder auf die richtige Kühltemperatur zurückgeführt werden oder können auf Umgebungstemperatur verbleiben, ohne die anderen Kammern zu beeinträchtigen. Dieser Aspekt der Erfindung kann geeigneter Weise in Kombination mit der oben beschriebenen ersten Erfindung eingesetzt werden.
  • Die Unterteilung des Behälters in Abteile kann durch einfache wärmeisolierte Trennwände erfolgen, jedoch muß für einen externen Zugang zu jedem Abteil gesorgt werden, ohne daß irgendein anderes Abteil geöffnet werden muß. Dies kann mittels eines wärmeisolierten Behälters mit Standardgröße bzw. einem "Kastenkörper" mit einer Vielzahl kleiner Türen erreicht werden, die jeweils eine separate Kammer öffnen. Das Vorsehen einer Mehrzahl von Abteilen ist auch nützlich, da sie vorzugsweise separate thermostatische Steuermittel zum Austragen von Kryogen für die Kühlung aufweisen; vorzugsweise können diese Steuermittel für einen Betrieb auf unterschiedlichen Temperaturen eingestellt werden, was bedeutet, daß verschiedene Betriebstemperaturen in den verschiedenen Abteilen gehalten werden können, was es ermöglicht, daß Waren, die gekühlt und mit unterschiedlichen Temperaturen ausgeliefert werden müssen, mit einem einzigen Behälterfahrzeug befördert und ausgeliefert werden können.
  • Jedes Abteil in einem solchen Gerät kann in eine obere und eine unter Kammer unterteilt sein. Dies ist nicht nur für ein weiteres Unterteilen des Raums innerhalb eines Behälters nützlich, sondern ermöglicht es auch, verschiedene Temperaturen sehr einfach in zugeordneten Kammern aufrechtzuerhalten. Außerdem kann die innere Unterteilung beweglich sein, so dass es möglich ist, den Behälter in Kammern mit einem Bereich verschiedener Volumen zu konfigurieren.
  • Austragmittel für kryogenes Medium kann in der unteren Kammer jedes Abteils vorgesehen sein, wobei einander zugeordnete untere und obere Kammern in Gasströmungsverbindung miteinander stehen. Wenn bei einer solchen Anordnung Mittel zum Austragen kryogenen Mediums in die untere Kammer vorgesehen sind, kühlt diese schnell ab. Da kryogene Flüssigkeit in der unteren Kammer verdampft, steigt Niedertemperaturgas (das gewöhnlich dichter als Luft ist) allmählich auf, um zuerst die untere Kammer auszufüllen, und dann über geeignete Entlüftungen die obere Kammer auszufüllen. Daher wird die untere Kammer schnell abgekühlt, während die obere Kammer langsamer gekühlt wird. Das Vorsehen geeigneter Entlüftungen in die Atmosphäre aus jeder oberen und/unteren Kammer und die Betätigung derselben in geeigneter Weise ermöglicht das Halten unterschiedlicher Temperaturen in den oberen und unteren Kammern, falls gewünscht.
  • Ein weiteres Problem bei Fahrzeugkühlsystem liegt darin, daß sie ein Mittel zur Aufrechterhaltung der Kühlung benötigen, wenn der auf einem Anhänger montierte Behälter vom Zufahrzeug abgekoppelt wird oder wenn der Fahrzeugmotor ausgeschaltet wird. In der Vergangenheit erforderte dies das Montieren einer relativ kostspieligen und ineffizienten Batterieeinheit am Anhänger oder das Vorsehen eines komplizierten pneumatischen Steuersystems.
  • Die europäische Patentanmeldung EP 0 816 781 A beschreibt einen gekühlten Behälter, der durch einen flüssigen Kryogen gekühlt wird, und der weiter eutektisches Material enthaltende Elemente aufweist, die im Behälter positioniert sind, um ein darin befindliches Produkt zu kühlen. Dementsprechend kann nach einem dritten Aspekt, der vorteilhafter Weise mit dem ersten und dem zweiten Aspekt der oben beschriebenen Erfindung kombiniert werden kann, die vorliegende Erfindung einen transportablen Kühlwarenbehälter beinhalten, wie hier beschrieben und beansprucht ist, der weiter Elemente umfasst, die eutektisches Material enthalten und so konfiguriert und verteilt sind, daß sie als thermischer Puffer für den Behälter oder für einige oder sämtliche der getrennten Kammern derselben dienen.
  • Vorzugsweise sind das Dach und möglicherweise die Seitenwände des Behälters oder jedes Abteils und/oder jeder Kammer mit eutektischen Platten ausgekleidet. Diese bestehen gewöhnlich aus zwei ebenen, miteinander verbundenen Metallblechen zur Bildung eines relativ dünnen ebenen Tanks, der mit einem eutektischen Material gefüllt ist, das Wärme bei konstanter Temperatur absorbiert und freisetzt, vorzugsweise unter 0°C (Wasser beispielsweise hat eine eutektische Temperatur von 0°C, bei welcher es schmilzt/erstarrt, während es Wärme absorbiert/freisetzt). Eutektische Elemente können so zum Halten verschiedener Temperaturen in verschiedenen Kammern benutzt werden, um so eine Vielfalt verschiedener Waren bei verschiedenen Temperaturen halten zu können.
  • Im Gebrauch halt das kryogene Kühlsystem die Kühltemperatur der Waren innerhalb des Behälters; ein Teil der "Kälte" leckt auch in die eutektische Platten aus, wo sie gespeichert wird. Gegebenenfalls ist in den eutektischen Platten soviel Kälte wie möglich "gespeichert", d.h. das gesamte Material ist von einem Zustand (gewöhnlich flüssig) in einen anderen (gewöhnlich fest) umgewandelt und erfüllt dann eine Isolierfunktion. Wenn der Behälter abgekuppelt oder der Fahrzeugmotor abgeschaltet ist, arbeitet das kryogene Kühlsystem nicht mehr, aber die eutektischen Platten geben Kälte ab, um den Behälter auf der entsprechenden Temperatur zu halten. Je nach der Anzahl der Platten und dem Volumen von eutektischem Material kann die Dauer dieser "eutektischen Kühlung" nach Bedarf verlängert oder reduziert werden.
  • Die Erfindung wird nunmehr beispielshalber und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Geräts zum kryogenen Kühlen von Waren beim Transport gemäß der Erfindung nach deren erstem Aspekt, und
  • Die 2a, 2b und 2c jeweils eine schematische Draufsicht, Ansicht und detaillierte Ansicht eines Geräts zum Transportieren und kyrogenen Kühlen von Waren nach der Erfindung nach deren zweiten Aspekt.
  • 1 zeigt einen Speichertank 2 aus geschäumtem Kunststoff zum Halten einer kryogenen Flüssigkeit 4, der mit einer Verteilungsleitung 6 (die wärmeisoliert 8 ist) für kryogene Flüssigkeit versehen ist, damit diese zu einer Anzahl von thermostatisch eingestellten Elektromagnetventilen 10 strömen kann, die dafür ausgelegt sind, bei Betätigung kryogene Flüssigkeit auf eine Verdampfungsplatte 12 abzugeben, die eine Spritzschutzlippe 14 und Perforationen 16 (nur eine dargestellt) in ihrer Wand hat, damit verdampfter Kryogen austreten kann. Der Tank 2 ist dafür ausgelegt, kryogene Flüssigkeit nur bei atmosphärischen Drücken zu halten, und daher kann er im wesentlichen aus geschäumten Polysterol hergestellt sein, mit einer äußeren Versteifungsschicht (nicht dargestellt) für mechanische Festigkeit. Um sicherzustellen, daß der Druck im Tank 2 eng am atmosphärischen Druck bleibt, ist ein geeignetes Druckentlastungsventil (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Ventile 10 und die Verdampfungsplatte 12 sind in einem wärmeisolierten Behälter zum Transportieren von Waren (nicht dargestellt) angeordnet, und die Anordnung ist so getroffen, daß die Kühlwirkung, die aus der Abgabe von kryogener Flüssigkeit von den Ventilen und der nachfolgenden Verdampfung der kryogenen Flüssigkeit resultiert, zum Absenken der Temperatur innerhalb des Behälters sowie darin enthaltener Waren dient. Die Verdampfungsplatte 12 ist oberhalb einer isolierten Tropfschutzschale 18 dargestellt, welche Waren oder Personal unterhalb der Verdampfungsplatte 12 vorspritzender kryogener Flüssigkeit schützt. Die Verdampfungsplatte 12 kann mit Rippen (nicht dargestellt) versehen sein, um die Wärmeübergangsrate und damit die Kühlung zu steigern. Der Speicherbehälter 2 ist im Gebrauch vertikal höher als die Elektromagnetventile 10 (siehe beispielsweise 2b) angeordnet, so dass die kryogene Flüssigkeit durch Schwerkraft aus dem Tank 2 zu den Ventilen 10 strömt, was die Notwendigkeit einer Pumpe entfallen lässt. Es wird nun auf die 2a und 2b Bezug genommen, wonach ein Fahrzeug 12 einen wärmeisolierten Behälteraufbau 22 aufweist, der innen in mehrere wärmeisolierte Abteile 24 unterteilt ist, die jeweils mit einer eigenen äußeren Tür 26 versehen sind. Ein Flüssigkryogen-Verteilungsnetzwerk 28 verteilt flüssigen Kryogen, der durch Schwerkraft aus einem wärmeisolierten Speichertank 30 aus geschäumten Kunststoffmaterial zu Elektromagnetventilen zugeführt wird, wie oben in Verbindung mit 1 beschrieben. Der Speichertank 30 ist oberhalb des Führerhauses 32 und oberhalb der Höhe des Verteilungsnetzwerks 28 montiert. Der Speichertank könnte alternativ an anderer Stelle angeordnet sein, vorausgesetzt, der flüssige Kryogen kann wirksam zugeführt werden, wie beispielsweise mittels einer Standardkryogenpumpe.
  • 2c zeigt im einzelnen ein einzelnes Abteil 24, das durch eine Platte 34 in eine obere und eine untere Kammer 36, 38 unterteilt ist. Das elektromagnetische Kryogenaustragventil und die zugeordnete Verdampfungsplatte 40 (oben in Verbindung mit 1 beschrieben) sind nahe der Decke der unteren Kammer 38 angeordnet und die Abgabe des Kryogens wird durch einen Temperatursensor/Regler 42 betätigt, der an der Decke der unteren Kammer 38 angeordnet ist. Wahlweise schließbare mittlere und obere Entlüftungen 44, 46 sind vorgesehen, um Kryogengas in die Atmosphäre entlüften zu können. Im Betrieb kühlt die Abgabe von kryogener Flüssigkeit aus dem Elektromagnetventil 40 unmittelbar die untere Kammer 38 und, wenn die Abgabe fortschreitet, verdampft kryogene Flüssigkeit (die gewöhnlich schwerer als Luft ist), füllt diese Kammer aus und bewegt sich nach oben durch Entlüftungen (nicht dargestellt) in der Platte 34, um die obere Kammer zu füllen, bis zur Höhe der einen oder anderen Entlüftung 44, 46, je nachdem, welche geöffnet ist. Durch Wählen, welche der mittleren und oberen Entlüftungen 44, 46 geschlossen und welche geöffnet ist, ist es möglich, sicherzustellen, daß die Temperatur in der oberen Kammer 36 entweder im wesentlichen gleich derjenigen in der unteren Kammer (Entlüftung 44 geschlossen, Entlüftung 46 offen) oder im wesentlichen verschieden (wärmer – Entlüftung 44 offen) ist. Alternativ kann die kryogene Flüssigkeit in die obere Kammer 36 abgegeben werden, wobei die Platte 34 aus wärmeisolierendem Material gebildet ist und die obere und die untere Kammer 36, 38 im wesentlichen trennt, so daß die obere Kammer 36 auf einer niedrigeren Temperatur (typischerweise etwa –25°C) gehalten wird, während sich die untere Kammer 38 auf Umgebungstemperatur oder gerade unterhalb (beispielsweise 0 bis 4°C) derselben befindet. Die Platte 34 kann vorzugsweise beweglich sein, um die Größe der oberen Kammer 36 zu verändern, mit einer entsprechenden Veränderung der Größe der unteren Kammer 38, so daß unterschiedliche Mengen von Produkten, die Kühlung auf unterschiedliche Temperaturen benötigen, Rechnung getragen werden kann. Obwohl nur eine einzige Platte 34 dargestellt ist, versteht es sich, daß zwei oder mehr Platten vorgesehen sein können, um jedes Abteil in drei oder mehr Kammern zu unterteilen, die jeweils auf einer anderen Kühltemperatur gehalten werden könnte.
  • Für den Fachmann ist klar, wie das in den 2b und 2c dargestellte Gerät so modifiziert werden kann, daß es mit herkömmlichen Druckgasflaschen betrieben werden kann, wie beispielsweise Flaschen, die verdichtetes Kohlendioxid enthalten, das in die verschiedenen Abteile/Kammern über herkömmliche "Schneehorn"-Geräte abgegeben werden kann.

Claims (11)

  1. Fahrzeug (20) zum Transportieren gekühlter Waren, mit einem darauf montierten wärmeisolierten Behälter (22), der Mittel (30) zum Speichern einer kryogenen Flüssigkeit und Mittel (6) zum Ausgeben der kryogenen Flüssigkeit in den Behälter (22) zum Absenken der Temperatur in diesem aufweist, wobei der Behälter (22) Ventile (10) enthält, welche die Ausgabe der kryogenen Flüssigkeit entsprechend der Temperatur innerhalb des Behälters steuern, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermittel (30) einen Speichertank (2) für kryogene Flüssigkeit unter Atmosphärendruck umfassen.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Speichertank (2) für die kryogene Flüssigkeit im wesentlichen aus einem geschäumten polymeren Material gebildet ist.
  3. Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei der Flüssigkeitsspeichertank (2) eine äußere Versteifungsschicht aufweist.
  4. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der wärmeisolierte Behälter (22) eine Verdampfungsplatte (12/40) mit Seitenwänden und einer Spritzschutzlippe (14) aufweist, wobei die Verdampfungsplatte ausgegebene kryogene Flüssigkeit aufnimmt.
  5. Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die Verdampfungsplatte (12/40) Perforationen (16) in ihren Seitenwänden aufweist, um einen Austritt von verdampften Kryogen zu ermöglichen.
  6. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei kryogene Flüssigkeit von den Speichermitteln (30) durch Schwerkraft zu den Ausgabemitteln (6) gelangt.
  7. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (22) in eine Mehrzahl getrennter Abteile (24) unterteilt ist, wobei eine Mehrzahl von Ausgabemitteln (6) vorgesehen ist, die jeweils zum Aussieben von kryogener Flüssigkeit in ein getrenntes Abteil (24) ausgelegt sind.
  8. Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei jedes Abteil (24) in eine obere und eine untere Kammer (36, 38) unterteilt ist.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei Ausgabemittel für kryogene Flüssigkeit in der unteren Kammer (38) jedes Abteils (24) vorgesehen sind und die einander zugeordneten unteren und oberen Kammern (38, 36) für eine Gasströmung zwischen ihnen in Strömungsverbindung stehen.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 9, mit Mitteln (44, 46) zum Entlüften von kryogenem Gas aus den oberen Kammern (36).
  11. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem so konfigurierten und angeordneten eutektischen Material, daß es als Wärmepuffer für den Behälter (22) oder für diskrete Teile desselben wirkt.
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