-
Verfahren zur vorübergehenden Kälte- bzw. Wärmebehandlung von Gebrauchsgütern
Es ist l>e,kannt, anschließend an wärmespendende oder wärmeverbrauchende Gasreaktionen
einen Wärmeaustausch zwischen dem umzusetzenden und <Lern umgesetzten Gas 'herbeizuführen.
Aus der Kältebehandlung von Gasen ist es ferner bekannt, die zu kühlenden bzw. zu
zerlegenden Gase mit den kalten Gasen oder Zerlegungsprodukten in Kälteaustausch
zu bringen. Auch die Rückkühlung von erhitzten, besonders flüssigen Gebrauchsgütern,
wie z. B. Milch, mit Frischmilch, die miteinander in Gegenstromwärmeaustausch gebracht
werden, wurde schon beschrieben. Schließlich wurde auch die Zuführung von Frischluft
zu Kühlräumen in der Weise wirtschaftlicher ,gestaltet, daß die kalte Abluft z.
13. in periodisch gewechselten Kältespeichern mit der zugeführten warmen Frischluft
in Wärmeaustausch gebracht wurde. Erfindungsgemäß wird zum Zweck der vorübergehenden
Behandlung von Gebrauchsgütern, wie z. B. Lebens- und Genußmitteln, Textilien, Metallen,
Gläsern und Arzneien, bei tiefen oder hohen Temperaturen mit Hilfe von im Wärmeaustausch
mit den eigenen Abgasen vorgekühlten oder erhitzten -Gasen das Verfahren des Wärmeaustausches
zwischen Frischgas, das abgekühlt oder erwärmt werden soll, und zwischen dem Gas,
welches abgekühlt oder erwärmt wurde, kornliniert mit einem .gleichzeitigen Wärmeaustausch
zwischen den bereits bei tiefer oder hoher Temperatur behandelten Gebrauchsgütern
und solchen Gebrauchsgütern, die dieser Behandlung erst noch unterzogen werden soLlen.
Dabei ist das Verfahren nicht auf flüssige Gebrauchsgüter beschränkt, sondern auch
auf feste Gebrauchsgüter anwendebar. DieAnwendung erfolgt
erfindungsgemäß
in der Form, daß man etwa die Hälfte des Gutes nach der Kälte- oder Wärmebehandlung
unter Ausnutzung seines Kälte- oder Wärmeinhaltes mit Frischgas auf annähernd normale
Temperatur bläst, die andere Hälfte mit dem zusätzlich abgekühlten oder erhitzten
gleichen Gas kalt oder heiß bläst, wobei gleichzeitig zwischen Frischgas und dessen
Abgas ein weitgehender Wärmeaustausch stattfindet. Mit demselben Gasstrom, der die
Hälfte -des Gutes auf normale Temperatur bläst, wird also die andere Hälfte des
Gutes, die hinter einer Kälte- bzw. Heizquelle, liegt, vollständig und ein dahinter
liegender Wärmeaustauscher teilweise kalt, bzw. heiß geblasen, woiauf das Frischigas
umge'ke'hrt durch die gleiche Einrichtung geblasen wird. Es wird somit die Kälte
oder Wärme des behandelten Gutes in der einen Kammer durch das Gas auf das neu zu
behandelnde Gut .in der anderen Kammer übertragen, und nur die Verluste werden durch
zusätzliche Kühlung oder Beheizung gedeckt. Dieses Verfahren bringt es mit sich,
daß die Betriebskosten für die Kühlung bzw. für die Heizung auf ein Minimum herabgesetzt
werden. Es hängt im wesentlichen von der Dimensionierung der Wärmeaustauscher, der
strahlenden Oberfläche der Einrichtung und der Umschaltzeit ab, welche Kälte- bzw.
Wärmebeträge gespart werden 'können. Das jeweils mit Frischgas auf annähernd normale
Temperatur geblasene Gut wird nach der Behandlung ausgetragen und durch frisches
Gut ersetzt. Dieses erfolgt in der Pause zwischen zwei Umschaltungen. Nach der Umschaltung
strömt das Kälte bzw. Wärme übertragende Gas in umgekehrter Richtung und erwärmt
dabei den inzwischen teilweise kaltgeblasenen Wärmeaustauscher auf etwa Normaltemperatur
bzw. kühlt es im Laufe der Zeit den heiß geblasenen Wärmeaustauscher und das anschließende
Gut ganz oder teilweise auf normale Temperatur.
-
Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die Deckung der Kälte- bzw. Wärmeverluste durch Kälte- oder Wärmezufuhr
zwischen zwei in der Gasströmungsrichtung hintereinanderliegenden Kammern stattfindet,
wobei in einer Kammer das fertig behandelte Gut mit Frischgas auf etwa normale Temperatur
und in der anderen Kammer das zu behandelnde Gut mit dem durch die Kühl-bzw. Heizeinrichtung
tiefge'k'ühlten oder erhitzten gleichen Gasstrom kalt bzw. heiß geblasen wird und
daß der Wärmeaustausch zwischen Frischgas und dessen Abgas durch periodisch gewechselte
Kälte-oder Wärmespeicher erfolgt, die sowohl. an der Seite des Frischgaseintritts
als auch des Abgasaustritts angeordnet sind.
-
Durch eine erfindungsgemäß bei konstanter Temperatur arbeitende Zusatzkühlung
(z. B. Verdampf.ungskühlung) bzw. Zusatzheizung (Kondensations- oder Dampfheizung)
wird dem vom behandelten Gut kommenden Gas im Falle der Kühlung der fehlende Kältebetrag
bzw. im Falle der Erhitzung der fehlende Wärmebetrag zugeführt und zusammen mit
dem von der Speichermasse und dem Gut an das Kälte oder Wärme übertragende Gas abgegebenen
Kälte- oder \\'ärmebetrag auf das zu behandelnde Gut und auf den anschließenden
Speicher übertragen. Durch die Konstanthaltung von Kühl- bzw. Heiztemperatur wird
nicht nur unerwünschte Untet'kühlung bzw. Überhitzung verhindert, sondern auch der
Energieverlust auf ein Minimum begrenzt.
-
Nach Beendigung des Blasen:, Austragung des behandelten und Einfüllung
frischen Gutes und Umschaltung geht mit dem entgegengesetzt geführten Gasstrom das
gleiche vor, wie oben beschrieben, jedoch in umgekehrter Richtung.
-
Um zu verhüten, daß bei der Kältehehandlung von Gebrauchsgütern die
Kühleinrichtung mit ausgeschiedenem Eis verlegt und der Wärmeübergang verschlechtert
wird, wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken nur der größere Teil des behandelten
Gutes auf normale Temperatur geblasen, während der kleinere, in der Nähe der Kühleirtrichtung
liegende Teil kalt bleibt und die Luftfeuchtigkeit auf seiner Oberfläche kondensiert.
Es wird somit ein kleiner Teil des Gutes ohne volle Ausnutzung seines Kälteinhaltes
nach Beendigung der Blasperiode ausgetragen. Das in Eisform ausgeschiedene, am ausgetragenenGut
haftendeWasser taut dann an der Außenluft auf und erhält Gelegenheit zum Verdunsten.
-
Die Art der Kühlung bzw. Erhitzung nebst der beschriebenen Kälte-
bzw. \\'ärmeregenerierung bedingt eine dementsprechende Ausgestaltung der Kühlkammern.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus zwei beiderseits einer Kühl- bzw.
Heizeinrichtung gelegenen Kammern s1owie je einem Speicher an der Seite des F rischgasein-
bzw. Abgasaustritts.
-
Prinzipiell ist auch die Verwendung von Gegenströmern möglich, erfordert
jedoch bei der Kältebehandlung von Gütern besondere Maßnahmen zur Trocknung des
Blasegutes sowie zur Temperierung des Gutes auf Normaltemperatur, beispielsweise
durch Ausschaltung von Zusatzkühlung oder Heizung bz-w. durch Kurzschluß (künstliche
.Verschlechterung des Wärmeaustausches durch Überbrückung) von Gegenströmerwindungen.
Für die Entfernung von Kondensaten und Festausscheidungen infolge Kühlung müssen
die Gegenströmer doppelt vorgesehen und in an sich bekannter Weise gelegentlich
gewechselt werden. Da im allgemeinen bei länger dauernder Kühlung oder Erhitzung
die durch Austausch des Wärmeinhaltes der Gebrauchsgüter rückgewinnbaren \\'ärinebeträge
gegenüber den Verlusten stark zurückgehen, die durch Abstrahlung, Leitung sowie
durch unvollständigen Wärmeaustausch der Gase usw. eintreten, kann in diesem Fall
auf eine Angleichung der Güter an Normaltemperatur verzichtet werden.
-
Bei erforderlicher länger dauernder Kühlung oder Erhitzung können
auch Speicher angewendet werden, die während einer bestimmten Zeit, in der das Gut
kalt bzw. warm gehalten werden soll, 111 kürzeren Zeiten umgeschaltet werden und
erst nach Beendigung der längeren Kühl- bzw. Heizperiode
in einer
längeren Blasezeit (zusammen mit dem Kühlgut) auf normale Temperatur geblasen werden.
-
Druck und Menge des abwechselnd in entgegengesetzter Richtung durch
das Gut strömenden Gases kann erfindungsgemäß gleich gehalten werden. Die aufzuwendenden
Drücke sind normalerweise sehr gering und nur so hoch, @daß der Strömungswiderstand
des Materials überwunden werden kann. Die aufzuwendende Gasmenge richtet sich nach
der Wärmekapazität von Gut und Speichermasse. Die Menge von Gut und Speichermasse
sowie die Umschaltzeiten müssen bei gegebener Gasmenge nach bekannten Gesichtspunkten
und Regeln derart aufeinander abgestimmt sein, daß zwischen zwei Umschaltungen ein
Speicher mit dem zwischen ihm und der ständig betriebenen Kühl- bzw. Heizeinrichtnug
angeordneten Gut durch das Gas auf Normaltemperatur gebracht, das Gut ausgetragen,
durch Frischgut ersetzt, das im Strömungssinn hinter der Kühl- bzw. Heizeinrichtung
gelegene Gut auf tiefe bzw. hohe Temperatur und das Gas im dahinter durchströmenden
Speicher wieder auf annähernd normale Temperatur gebracht wird.
-
Sollen Feuchtigkeit und andere kondensierbare Verunreinigungen vom
Gut- bzw. von der Kühleinrichtung ferngehalten werden, so kann nach einem besonderen
erfindungsgemäßen Verfahren in an sich bekannter Weise der Druck des Frischgases
erhöht, die benötigte Kälte durch arbeitsleistende Entspannung des verdichteten
Frischgases erzeugt und die abgeschiedenen Verunreinigungen im anderen Speicher
vom entspannten Gas sublimiert oder verdunstet werden, wie es z. B. bei der Zerlegung
von Gasen üblich ist.
-
Die Lagerung des Gutes in den zur wechselbaren Kühlung bzw. Beheizung
vorgesehenen Kammern kann in unmittelbarer bzw. mittelbarer Berührung mit dem Gas
erfolgen.
-
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken soll das zu kühlende oder zu
erhitzende Gut vor der unmittelbaren Einwirkung besonders der heißen Gase geschützt
werden, während gleichzeitig etwa entwickelte wertvolle Dämpfe, z. B. von Lösungsmitteln
aus Anstrichen usw., gesondert abgeführt und gewonnen werden oder in den Behältern
(Autoklaven) verbleiben, wo sie chemische Umsetzungen oder Aufschließungen unter
Druck hervorrufen.
-
Man kann wie üblich die Speicher in senkrechter Richtung vom Gas durchströmen
lassen. Es ist hierbei erfindungsgemäß Sorge zu tragen, daß das Frischgas aufwärts
durch die Speicher strömt. Damit wird erreicht, daß die Kondensate, wie z. B. Wasser,
nicht in rückwärtige Teile des Speichers gelangen, wie es z. B. bei der Frischgasströmung
von oben nach unten der Fafl sein würde. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise ist bei
längeren Schaltperioden, wo in zunehmendem Maße bereits ausgeschiedenes Eis wieder
abgetaut wird, besonders zweckmäßig.
-
Ferner 'können im Interesse einer Vereinfachung der Anlage beide das
Gut aufnehmende Kammern in waagerechter Längsachsenrichtung vom Gas durchströmt
werden. Diese Anordnung ergibt eine besonders einfache Beschickungs- und Entleerungsmöglichkeit.
-
Will man eine beschleunigte Ausscheidung des Kondenswassers auf kürzestem
Wege erreichen, so ist es indessen erfindungsgemäß vorzuziehen, sowöhl die Speicher
als auch die Behälter in horizontaler Längsachsenrichtung vom Gas durchströmen zu
lassen, wie es in den Figuren dargestellt ist. Das ausgeschiedene flüssige Kondensat
kann in diesem Fall quer zum Gasstrom auf kürzestem Wege nach unten abgeführt werden.
-
Das Verfahren sei durch verschiedene Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Das Verfahren, bei dem lediglich intermittierende Kühlung eines Gutes vorgenommen
werden soll, ist durch die untere Hälfte der Fig. i mit den Zeichen i bis 21 dargestellt.
-
Die gesamte Fig. i betrifft die. Möglichkeit, sowohl eine intermittierende
Erhitzung als auch eine daran anschließende intermittierende Kühlung eines und desselben
Gutes vorzunehmen. Auch die obere Einrichtung der Fi.g. i kann für sich allein für
eine Erhitzung von Gütern verwendet werden. Speicher und Behälter für das Guthaben
im Verhältnis zu ihrer Höhe eine längere horizontale Erstreckung als gezeichnet.
-
Die Fig. 2 betrifft die Möglichkeit, das Gut in einer einzigen Einrichtung
intermittierend zu erwärmen bzw. anschließend zu kühlen, wobei jedoch Heizeinrichtung
und Kühleinrichtung in Serie (bezogen auf den Spülgasstrom) geschaltet sind.
-
Das Kühlverfahren (untere Hälfte der Fig. i) arbeitet wie folgt: Die
Gesamteinrichtung i, die in der Mitte mit einer Kühlung 2 und an den Enden mit Speichern
3 und 4 (gestreckter Bauart) versehen ist, enthält :in den Räumen zwischen Speicher
und Kühlung jeweils eine Kammer 5 bzw. 6 (ebenfalls in der Horizontalen gestreckter
Bauart) für die Aufnahme des Kühlgutes, das aus Füllschächten 7 bzw. 8 zeitweise
zugeführt und über Schächte 9 bzw. io zeitweise in Transportkarren ii bzw. 12 abgelassen
werden kann. DieKühlung erfolgt durch einen Kältemittelkreislauf, der beispielsweise
mit Ammoniak betrieben wird und aus einem Kompressor 13, einem Verflüssiger 14,
einer Sammelflasche 15, einem Schwimmerventil 16, einem Ausgleichsgefäß 17 und einer
Dampfansaugleitung 18 besteht. Der Kältemittelkreislauf wird dauernd betrieben,
die Kühlspirale 2 ist also dauernd mit verdampfendem Ammoniak gefüllt. Die Kühlung
des Gutes erfolgt durch Luft, die mit Umgebungstemperatur über das Schaltventil
i9 bei 2o in den linken Speicher 3 eingeführt wird. Sie kühlt sich in -dem Speicher
3 ab, wobei sie gleichzeitig diesen und das dahinter befindliche, in der vorherigen
Periode tiefgekühlte Gut wieder auf annähernd Normaltemperatur anwärmt. Die Luft
wird anschließend durch die Spirale 2 auf ihre tiefste Temperatur gekühlt und kühlt
dann das Gut in der Kammer 6 ab, das. kurz vor Beginn dieser Periode über den Füllschacht
8 eingeführt worden war. Ihre Kälte gibt die auf dem anschließenden Wege über
die
Speichermasse 4 strömende Luft an diese ab und tritt bei 21 aus und über das Umschaltventil
i9 ins Freie. Sobald das Gut in der Kammer 6 durchgekühlt ist und die Speichermasse
4 einem Temperaturgefälle unterliegt, wird die Kammer 5 über den Entleerungsschacht
9 in den Transportbehälter i i entleert. Gleichzeitig oder unmittelbar anschließend
wurde über den Füllschacht 7 neues Gut in die Kammer 5 eingelassen. Das Gut in Kammer
6 bleibt während der folgenden Periode noch darin, um wieder auf normale Temperatur
angewärmt zu werden. Durch Betätigung des Schaltventils i9 wird nunmehr so umgeschaltet,
daß die Luft in der Richtung der gestrichelten Pfeile in umgekehrter Richtung durch
die Einrichtung strömt, nämlich über Ventil i9, Speicher 4, Kammer 6, Kühlspirale
2, Kammer 5, Speicher 3 und zurück über die andere Bohrung .des Ventils i9 ins Freie.
Sobald das Gut in Kammer 6 wieder annähernd Normaltemperatur erreicht hat, wird
es über den Entleerungsschacht io in den Transportbehälter 12 abgelassen und durch
frisches Gut aus dem Füllschacht 8 ersetzt. Hiermit ist eine Wechselperiode abgeschlossen,
und es beginnt die neue Periode, die wie schon beschrieben verläuft.
-
Für den Fall, daß das zu behandelnde Gut noch eine vorübergehende
Wärmebehandlutig durchmachen soll, ist noch eine zweite ähnlich eingerichtete Einrichtung
vorgesehen, die anstatt einer Kühleinrichtung eine Heizeinrichtung enthält (s. Fig.
i obere Hälfte) und im übrigen genau so betrieben wird wie die Kühleinrichtung.
Die beiden Einrichtungen können, wie Fig. i zeigt, in einer Einrichtung vereinigt
sein, in der die eine Hälfte von der Kühleinrichtung, die andere Hälfte von der
Heizeinrichtung beeinflußt wird.
-
Nach Fig. i ist die Heizeinrichtung über der Kühleinrichtung angeordnet.
Sie wird in ähnlicher Weise betrieben wie die Kühleinrichtung, wobei zweckmäßig
die mit dem zu behandelnden Gut gefüllten Kammern übereinanderliegen. Den Kühlkammern
5 bzw. 6 entsprechen die Heizkammern 25 bzw. 26, den Kältespeichern 3 bzw. 4 die
Wärmespeicher 23 bzw. 24, den Füllschächten 7 ebzw. 8 entsprechen die Füllschächte
27 bzw. 28 bei der Heizeinrichtung. Der kombinierte Betrieb beider Einrichtungen
geht in folgender Weise vor sich: Der Gasstrom, der durch Umschaltventil i9 zugeführt
wird, tritt mit Umgebungstemperatur teils bei 20 in die Kühleinrichtung, ein anderer
Teil bei 31 in die Heizeinrichtung bzw. in die dort befindlichen Speicher 3 bzw.
23 ein und strömt in der Richtung der ausgezogenen Pfeile, wobei schließlich in
den Kammern 25 bzw. 5 das zu behandelnde Gut auf Umgebungstemperatur gebracht wird.
Während in der Kältequelle 2 das Gas seine tiefste Temperatur bekommt unddasKühlgut
anschließend in Kammer 6 auf die gleiche Temperatur abkühlt, wird an der Heizung
22 mit Zuführung 29 und Abführung 30 die höchste Gastemperatur .erreicht und das
Heizgut in der Kammer 26 auf die gleiche hohe Temperatur erhitzt. In den anschließenden
Speichern 4 bzw. 24 erfolgt die Angleichung der Temperatur des austretenden Gases
wieder an die Umgebungstemperatur. Nach Beendigung der Glasperiode wird der Luftstrom
abgeschaltet, die Kammer 5 zunächst über den Entleerungsschacht 9 in den Transportwagen
i i entleert, dann der Inhalt der Kammer 25 in die Kammer 5 gegeben und schließlich
der Inhalt des Füllschachtes 27 in die Kammer 25 gef'ü'hrt (strichpunktierte Pfeile).
Dann wird der Luftstrom gewechselt, d. h. von rechts nach links in, der Richtung
der gestrichelten Pfeile geführt. Das vorher gekühlte bzw. erhitzte Gut wird nunmehr
wiederum auf Umgebungstemperatur gebracht, während das Gut in Kammer 5 bzw. 25 auf
tiefe bzw. auf hohe Temperatur gebracht wird. Ist in diesem Gut die Temperatur gleichmäßig
eingestellt, so wird wiederum der Gasstrom unterbrochen, dieses Mal das Gut in 6
über einen Entleerungsschacht io in den Transportkarren 12 entleert, dann der Inhalt
der Kammer 26 nach Kammer 6 geführt und schließlich neues Gut über den Füllschacht
28 nach Kammer 26 geführt. Sobald dies geschehen ist, wird der Gasstrom in der Richtung
der ausgezogenen Pfeile von links nach rechts geschickt. Das Gut macht also nacheinander
eine Erhitzung auf hohe Temperatur, eine Abkühlung auf Normaltemperatur, eine Tiefkühlung
und wiederum eine Anwärmung auf Normaltemperatur durch. Es wird abwechselnd zwischen
den Umschaltungen auf der linken Seite, abwechselnd auf der rechten Seite zu- bzw.
abgeführt. Es ist einleuchtend, daß auch ,der obere, der intermittierenden. Erhitzung
dienende Teil allein betrieben werden kann.
-
Nach Fig.2 sind Kühl- und Heizeinrichtungen hintereinander in gleicher
Höhe angeordnet. Jede Einrichtung geht vom Ende der Anordnung bis zu der strich-doppelpunktierten
Mittellinie. Es folgt also auf einen Speicher 23 die Heizkammer
25, dann die Heizeinrichtung 22, die zweite Heizkammer 26, Doppelspeicher
24 bzw. 3, der entsprechend dem größeren Temperaturgefälle länger sein muß als die
Speicher nach Fig. i, Kühlkammer 5, Kühleinrichtung 2, zweite Kühlkammer 6 und Speicher
,4 am anderen Ende. Auch hier wird die Luft wechselweise von links nach rechts bzw.
nach dem Gutwechsel in jeweils den \-ier Kammern von rechts nach links geblasen
und das Gut in den rechten Kammern auf Normaltemperatur, in den anderen beiden Kammern
auf tiefe bzw. hohe Temperatur gebracht. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der
Gasstrom nur durch eine Einrichtung geht. Allerdings ist der Staudruck größer als
beim Verfahren nach Fig. i, und das Gut, welches die erste Behandlung durchgemacht
hat, muß längere Transportwege durchmachen, bevor es der zweiten Behandlung zugeführt
wird.