EP0175044A2

EP0175044A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines Raumes mit Hilfe von Kohlendioxid-Trockeneis

Info

Publication number: EP0175044A2
Application number: EP85101247A
Authority: EP
Inventors: Vilmos Dipl.-Ing. Toronyi; Gábor Dipl.-Ing. Szabo
Original assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Current assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Priority date: 1984-09-17
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1986-03-26
Also published as: HUT41108A; EP0175044A3

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen eines Raumes (3) mit Hilfe von Kohlendioxyd-Trockeneis. Es werden zwei unterschiedliche Kühlbetriebsarten mit unterschiedlichen Kühlleistungen angewendet, d.h. eine Kühlung geringerer Leistung als die erforderliche Kühlleistung als Grundkühlung und eine ergänzende Kühlung, die bedarfsweise eingeschaltet wird. Das für beide Kühlungsarten verwendete Trockeneis befindet sich in einem geschlossenen Behälter (1), der in einem mit einer Wärmeisolierung versehenen Kasten (2) angeordnet ist, wobei zwischen dem geschlossenen Behälter (1) und der Innenwand des Kastens (2) eine mit dem Kühlraum (3) verbundene Luftführung (4) ausgebildet ist, die an einen in den Kühlraum (3) mündenden Luftkanal (5) angeschlossen ist. Das im Wärmeaustausch mit der Luft in der Luftführung (4) verdampfte Kohlendioxyd wird aus dem Behälter (1) für die Grundkühlung über ein von einem Thermostaten (11) gesteuertes Absperrorgan (10) unmittelbar in den Kühlraum (3) eingeführt und/oder über ein anderes Absperrorgan (8) und eine Düse in die Luftführung (4) oder den Luftkanal (5) eingeblasen, wodurch in der Luftführung eine Strömung erzeugt wird, durch welche die Verdampfung des Trockeneises in dem Behälter (1) gesteigert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen eines Raumes mit Hilfe von festem Kohlendioxyd.
Die Erfindung kann äußerst vorteilhaft bei allen Kühlverfahren Anwendung finden, wo das Kühlungsmittel Kohlendioxyd-Trockeneis ist. Die Anwendung der Erfindung ermöglicht eine beträchtliche Energieeinsparung, bzw. Ersparnis an Kohlendioxyd-Trockeneis, und weiter fördert die Anwendung der Erfindung die Ökonomie des Kühlprozesses dadurch, daß das gekühlte Volumen kontinuierlich auf einer gewünschten Kühltemperatur gehalten werden kann.
Kohlendioxyd für Kühlungszwecke ist handelsüblich in zwei Konsistenzen erhältlich: im Flüssigkeitszustand in einem Überdruckbehälter oder im festen Zustand, bei Atmosphärendruck frei gelagert, eventuell in eine leichte Verpackung gelegt.
In technischer Hinsicht ist es einfacher, das Kohlendioxyd in fester Phase beim atmosphärischen Druck zu halten bzw. anzuwenden, wodurch die nachstehenden Vorteile gegeben sind: die Behandlung, der Transport, die Lagerung, die Verteilung, und auch die Anwendung für Kühlzwecke können einfacher gelöst werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß die spezifische Kühlleistung des Trockeneises im Vergleich mit dem flüssigen Kohlendioxyd relativ groß ist. Ein Nachteil der Anwendung des Trockeneises ist aber, daß das Kohlendioxyd beim atmosphärischen Druck eine Im Vergleich mit der gewünschten Kühltemperatur zu niedrige Temperatur aufweist, wodurch ein relativ hoher Lagerungsverlust zustande kommt, wodurch auch der spezifi- sche Energieaufwand der Herstellung hoch Ist. Demzufolge ist die Anwendung des Trockeneises für Kühlzwecke verhältnismäßig aufwendig. (Orientie- : rungsdaten: die erforderliche Lagerungstemperatur liegt bei -20°C und die Verdampfungs (Sublimations)-Temperatur des Trockeneises liegt beim atmosphärischen Druck bei -79°C).
Die Grundforderung jedes Kühlprozesses liegt In dessen Regelbarkeit, d.h., daß der Wärmeentzug In Abhängigkeit von der Änderung der äußeren Temperatur verändert werden muß. Diese gewünschte Prozessregelungsmöglichkeit ist zur Zeit aufgrund des Standes der Technik nur beim Kühlprozeß mit flüssigem Kohlendioxyd durchführbar, und zwar in der Weise, daß das Kühlmedium aus dem Überdruckbehälter nur In einer solchen Menge ausgegeben wird, daß durch die Kühlwirkung des ausströmenden gasförmigen Kohlendioxyds die von außen zugeführte Wärmemenge stets kompensiert wird.
Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, trotz der Anwendung von Trockeneis für Kühlzwecke die Temperatur des zu kühlenden Raumes immer auf einem stabilen Temperaturwert zu halten und die MöglIchkeit der Überkühlung völlig auszuschließen. Durch die Realisierung dieser Zielsetzung werden die Wirtschaftlichkeit des Kühlprozesses gefördert und gleichzeitig der Kostenaufwand für den gesamten Kühlprozeß gesenkt.
Das Wesen des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt darin, daß mit zwei unterschiedlichen Kühlungsleistungen gearbeitet wird, nämlich mit einer Grundkühlung, die In ihrer Wirksamkeit kleiner ist als die gewünschte Kühlung, und mit einer das Defizit ausgleichenden Kühlung, die geregelt wird. Das Ausmaß der Grundkühlung wird durch die Formgestaltung bzw. die Dimensionierung und die Wärmeisolierung der Kühlanlage eingestellt. Das für beide Kühlungsarten verwendete Trockeneis wird in einen mit einer Einfüllöffnung und einem Deckel versehenen Behälter eingebracht, der in einen mit einer Wärmeisolierung versehenen Kasten eingesetzt wird, dessen Innenraum an den zu kühlenden Raum angeschlossen ist. Zwischen der Wand des geschlossenen Behälters und der Innenwand des Kastens wird eine freie Luftführung für die vom zu kühlenden Raum stammende erwärmte Luft sichergestellt. Diese Luft wird dann über einen Luftkanal, der an die erwähnte Luftführung angeschlossen ist, und über Luftspalte in den oberen Teil des Kühlraumes zurückgeführt. Das durch den Wärmeaustausch mit der die Luftführung durchströmenden Luft verdampfte Kohlendioxydgas wird über ein Absperrorgan, das von einem Thermostaten gesteuert wird, und ein Gasrohr, das an seinem Mantel mit Ausströmöffnungen versehen ist, unmittelbar in den Kühlraum geführt und/oder über ein weiteres Absperrorgan, das von einem Thermostaten gesteuert wird, über ein mit einer Strahldüse versehenes Rohr in die erwähnte Luftführung oder in den Luftkanal eingeblasen. Dadurch wird die Luftzirkulation in der Luftkühlung erhöht, wodurch sich der Wärmeaustausch mit dem Innenraum des Behälters erhöht und daher die verdampfte und in den Kühlraum ausströmende Kohlendioxidmenge zur Intensivierung der Kühlung vergrößert wird.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung weist einen geschlossenen Behälter in einem mit einer Wärmeisolierung versehenen Kasten auf. Der Behälter ist mit einer von einem Deckel verschlossenen Einfüllöffnung versehen und dient zur Aufnahme des Trockeneises. Zwischen dem geschlossenen Behälter und dem wärmeisolierten Kasten ist eine an den Kühlraum angeschlossene Luftführung ausgebildet, die an einen im oberen Teil des Kühlraumes mündenden Luftkanal angeschlossen ist. An den Innenraum des geschlossenen Behälters ist über ein thermostatgesteuertes Absperrorgan ein mit Ausströmöffnungen versehenes Rohr angeschlossen. Über ein weiteres thermostatgesteuertes Absperrorgan kann der Behälter bedarfsweise mit einer in dem Luftkanal angeordneten Strahldüse verbunden werden.
Die wesentlichsten Vorteile des Verfahrens und der Einrichtung gemäß der Erfindung sind die folgenden:
Durch die Erfindung ist es ermöglicht, bei Kühlungen mit Trockeneis die Innentemperatur des zu kühlenden Raumes stets konstant zu halten und eine Überkühlung zuverlässig zu vermeiden. Die Menge des für die Kühlung erforderlichen Trockeneises kann im Vergleich zu der Trockeneismenge bei herkömmlichen Trockeneis-Kühleinrichtungen bedeutend vermindert werden, wodurch die erforderliche Engergie und der Kostenaufwand für die Kühlung bedeutend vermindert werden können.
Mit einer gegebenen Menge von Trockeneis können die Dauer der zuverlässigen Kühlung bzw. die Größe der Kühlanlage bedeutend erhöht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Verwirklichung des Verfahrens werden nachstehend anhand der Zeichnung weiter erläutert, In welcher die Vorrichtung schematisch In einem Kühlraum dargestellt Ist.
Im Verlauf des Verfahrens gemäß der Erfindung werden zwei Kühlungen mit unterschiedlichen Kühlleistungen angewendet.
Die Erstkühlung Ist die Grundkühlung, die in ihrer Wirkung geringer als die gewünschte Kühlung Ist. Die zweite Kühlung ist eine ergänzende Kühlung, die gesteuert wird. Das Ausmaß der Grundkühlung wird durch die Formgestaltung, die Abmessungen und die Wärmeisolierung des Kühlgerätes eingestellt, und zwar derart, daß die resultierende Kühlung des ersten Kühlschrittes kleiner als die erforderliche KühlleIstung Ist. Das TrockeneIs für beide Kühlungsarten befindet sich in einem wärmetauschenden Behälter 1, der mit einer Füllöffnung und einem diese abschließenden Deckel versehen ist. Dieser Behälter 1 befindet sich in einem mit einer Wärmeisolierung versehenen Kasten 2, der in dem zu kühlenden Raum oder gegebenenfalls In einem Raum angeordnet ist, der an den zu kühlenden Raum angeschlossen ist. Zwischen dem geschlossenen Behälter 1 und der Inneren Wand des wärmeisolierten Kastens 2 Ist eine Luftführung 4 vorhanden, die mit dem Kühlraum 3 verbunden Ist und durch welche die aus dem zu kühlenden Raum 3 stammende erwärmte Luft hindurchströmt. Diese Luft wird dann über einen Luftkanal, der mit Austrittsspalten Im oberen Teil des Kühlraums 3 versehen ist und der an die Luftführung 4 angeschlossen ist, in den oberen Teil des Kühlraumes 3 zurückgeführt. Das durch den Wärmeaustausch mit der die Luftführung 4 durchströmenden Luft verdampfte Kohlendioxydgas wird mit Hilfe eines von einem Thermostaten 11 gesteuerten Absperrorgans 10 über ein Gasrohr 9, das an seinem Mantel mit Öffnungen versehen ist, unmittelbar in den gekühlten Raum 3 und/oder mit Hilfe eines zweiten Absperrorgans 8, das von einem Thermostaten 11 gesteuert ist, über ein in einer Strahldüse mündendes Rohr 7 in die Luftführung oder aber in den Luftkanal 5 eingeblasen. Die Strömung der kalten Luft und des Gases in dem Luftkanal 5 wird zusätzlich von einem Ventilator 6 angetrieben, der von einem Thermostaten 11 gesteuert wird.
Aus dem Kühlraum 3 gelangt ein Konstantwärmestrom geringer Intensität in den Behälter 1, der innerhalb des wärmeisolierten Kastens 2 angeordnet ist. Unter diesem Wärmestrom verdampft eine geringe Menge des in dem Behälter 1 angeordneten Trockeneises. Die entstandenen kalten Kohlendioxydgase gelangen durch das offene Absperrorgan 10 in das gasableitende Rohr 9 und von dort in den Kühlraum. Diese Kühlungsart geringer Leistung wird ohne Regelung aufrechtgehalten. Falls der Thermostat 11 in dem Kühlraum 3 eine Erwärmung fühlt, wird von ihm die intensive Kühlung eingeschaltet. Die intensive Kühlung kommt dadurch zustande, daß das Absperrorgan 10 abgesperrt wird und gleichzeitig das Absperrorgan 8 geöffnet wird. Hierdurch werden die entstehenden Kohlendioxydgase in das Rohr 7 mit der Strahldüse geführt, wodurch der aus der Strahldüse ausströmende Gasstrom die Luft in der Luftführung 4 und in dem Luftkanal 5 zum Strömen bringt. Diese Strömung wird von dem in den Luftkanal 5 eingebauten Ventilator 6 begünstigt, der ebenfalls von dem Thermostaten 11 eingeschaltet wird. Aufgrund der entstehenden Luftströmung wird aus dem Kühlraum 3 warme Luft in die Luftführung 4 gesaugt, wodurch die Intensität der Verdampfung des Trockeneises erhöht wird und gleichzeitig auch die Kühlleistung größer wird. Als Ergebnis dieser Tatsache wird der Kühlraum 3 stärker gekühlt. Das Abkühlen des Kühlraumes 3 wird von dem Thermostaten 11 festgestellt, der daraufhin die Intensivkühlung durch Abschalten des Ventilators 6, Öffnen des Absperrorgans 10 und Schließen des Absperrorgans 8 abstellt.
Gegebenenfalls kann der Behälter 1, der das Kohlendioxydschnee-Trockeneis enthält, außerhalb des Kühlraumes 3 angeordnet sein. In diesem Falle aber muß dieser Behälter 1 konstruktiv und auch in Hinsicht seiner Funktion dicht angeschlossen sein. Der Behälter 1 ist mit einem Deckel versehen, der eine Öffnung zum Nachfüllen des Trockeneises besitzt. Der Behälter 1 Ist weiter mit den konventionellen Armaturen versehen.

Claims

1. Verfahren zum Kühlen eines Raumes (3) mithilfe von Kohlendioxyd--Trokkeneis, dadurch gekennzeichnet, daß zwei unterschiedliche Kühlungen mit voneinander abweichenden Leistungen, nämlich eine Kühlung mit geringerer Leistung als die erforderliche Kühlleistung als Grundkühlung und eine ergänzende Kühlung angewendet werden, indem die Leistung der Grundkühlung durch die Formgestaltung und die Abmessungen bzw. die Wärmeisolation der das Trockeneis enthaltenden Kühlanlage eingestellt wird, und die ergänzende Kühlung bedarfsweise eingeschaltet wird, wobei das für beide Kühlungsarten verwendete Trockeneis in einen geschlossenen Wärmeaustausch-Behälter (1) eingebracht wird, der in einen mit einer Wärmeisolierung versehen Kasten (2) eingesetzt wird, der an den zu kühlenden Raum (3) derart angeschlossen wird, daß zwischen dem geschlossenen Behälter (1) und der Innenwand des wärmeisolierten Kastens (2) eine Luftführung (4) für die erwärmte Luft aus dem zu kühlenden Raum entsteht, wobei diese Luft aus der Luftführung (4) über einen Luftkanal (5) In den oberen Teil des zu kühlenden Raumes (3) zurückgeführt wird und daß in dem Behälter (1) durch Wärmezufuhr aus der Luftführung (4) verdampftes Kohlendioxyd für die Grundkühlung über ein Absperrorgan (10), das von einem Thermostaten (11) in dem Kühlraum (3) gesteuert wird, unmittelbar in den Kühlraum (3) eingeführt wird und/oder für die ergänzende Kühlung über ein weiteres thermostatgesteuertes Absperrorgan (8) und eine strömungsantreibende Düse in die Luftführung (4) oder in den Luftkanal (5) eingeblasen wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung der kalten Luft und des Gases in dem Luftkanal (5) zusätzlich mit Hilfe eines von einem Thermostaten (11) gesteuerten Ventilators (6) erzeugt wird.

3. Vorrichtung zum Kühlen eines Kühlraumes (3) mithilfe von Kohlendioxyd zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, mit einem Trockeneis-Behälter (1) und einem mit einer Wärmeisolierung versehenen Kasten (2), dadurch gekennzeichnet, daß an den Trockeneis-Behälter (1), der mit einem eine Einfüllöffnung verschließenden Deckel verschlossen ist und in dem mit der Wärmeisolierung versehenen Kasten (2) angeordnet ist, ein über Öffnungen in den Kühlraum mündendes Gasrohr (9) angeschlossen Ist, welches von einem Absperrorgan (10) beherrscht ist, das von einem Thermostaten (11) in dem Kühlraum (3) gesteuert ist, daß zwischen dem geschlossenen Behälter (1) und dem Kasten (2) eine mit dem Kühlraum (3) verbundene Luftführung (4) vorgesehen ist, an welcher ein in den Kühlraum (3) mündender Luftkanal (5) angeschlossen ist, und daß der Behälter (1) über ein zweites Absperrorgan (8), welches ebenfalls von dem Thermostaten (11) gesteuert ist, an eine in der Lufteinführung (4) oder dem Luftkanal (5) angeordnete Strahldüse angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftkanal (5) ein die Luftströmung verstärkender Ventilator (6) angeordnet ist, der ebenfalls von dem Thermostaten (11) gesteuert ein- und abschaltbar ist.