EP1048910A2 - Verfahren und Vorrichtung zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kyrogenen Stromes - Google Patents

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EP1048910A2
EP1048910A2 EP00107589A EP00107589A EP1048910A2 EP 1048910 A2 EP1048910 A2 EP 1048910A2 EP 00107589 A EP00107589 A EP 00107589A EP 00107589 A EP00107589 A EP 00107589A EP 1048910 A2 EP1048910 A2 EP 1048910A2
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EP
European Patent Office
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cooling air
cryogenic
line
air flow
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Volker Dipl.-Ing. Kamm
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Linde GmbH
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Linde Gas AG
Linde Technische Gase GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/102—Stationary cabinets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/11—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air with conveyors carrying articles to be cooled through the cooling space

Definitions

  • the invention relates to a method for better use of the cooling energy cryogenic stream, preferably an exhaust gas stream of one with liquid nitrogen charged freezer.
  • the invention further relates to a device for better use of the cooling energy a cryogenic stream, preferably an exhaust gas stream one with liquid nitrogen charged freezer, the cryogenic stream over at least one (Exhaust air) line is led.
  • a cryogenic stream preferably an exhaust gas stream one with liquid nitrogen charged freezer, the cryogenic stream over at least one (Exhaust air) line is led.
  • cryogenic (Immersion) Freezers which serve to freeze food
  • the design not the full heat content of the medium used for freezing in which it can be, for example, liquid nitrogen.
  • the design of the device and the method implemented in it are therefore important a loss in terms of the heat content of the medium used.
  • the resulting cold exhaust gas - its temperature is in the range of -150 ° C to -10 ° C - usually mixed with room air and to the Atmosphere. Mixing with room air must therefore take place because conventional fans for gases with the low temperatures mentioned - due to thermal expansion, the greases used for the bearings and the materials for such fans - are not suitable. In principle, however, are fans known that can promote gases with correspondingly low temperatures, however these fans are comparatively expensive, prone to malfunction and maintenance-intensive.
  • cryogenic freezers are often used where conventional refrigeration systems are also available.
  • conventional refrigeration systems are, for example, cold rooms or - understand storage, conventional freezers, compressor rooms, etc.
  • the object of the present invention is to provide a method and an apparatus for specify better use of the cooling energy of a cryogenic electricity by means of the or by means of the mentioned disadvantages of the prior art Procedures can be avoided.
  • the device according to the invention for better use of the cold energy of a cryogenic Current is characterized in that the (exhaust air) line of the cryogenic Current flows into the line of the cooling air flow and the line of the cooling air flow is assigned to a room and / or device to be cooled.
  • the cryogenic exhaust gas is now no longer with ambient air mixed and released into the atmosphere, but with a cooling air flow that serves to cool another room and / or device, brought together and mixed. This leads to a heat exchange between the cryogenic Electricity and the cooling air flow, which increases the energy expenditure for cooling the Cooling air flow reduced.
  • the cooling energy of a cryogenic electricity will be used by the Cooling air flow sucked in.
  • the cryogenic exhaust air by means of appropriate devices, such as a compressor, the Cooling air flow is supplied.
  • the cooling air flow is preferably used to cool a room and / or device serves, performed in a cycle, that is taken from the room and / or the device and this again - after cooling - supplied.
  • the promotion of the cooling air flow is preferably carried out by means of at least one fan and the Feeding the cryogenic stream into the cooling air stream again preferably in Flow direction in front of the fan.
  • the figure shows a cryogenic (immersion) freezer 1 and a conventional freezer 9.
  • the cryogenic (immersion) freezer 1 in a liquid nitrogen bath 2, the one Temperature of approx. -196 ° C, food 3 frosted.
  • the conventional freezer 9 in which for example a temperature between -30 and -40 ° C, has a conventional cooling system with a ring line 5, the cooling air obtained in the freezer 9, for example a temperature of about -35 ° C, deducted and in the area 8 of the ring line 5 with the from the Exhaust air line 4 supplied exhaust gas of the cryogenic freezer 1 is mixed.
  • the gas flow supplied to the conventional freezer 9 now has - depending on the amount of the added exhaust air from the (immersion) freezer 1 - a temperature of approx. -40 ° C.
  • the ring line 5 which is preferably made insulated, two are different Dimensioned fans 6 and 7 are provided. Since the two fans 6 and 7 promote different volume flows, is at the connection (area 8) between the exhaust line 4 and the ring line 5 generates a negative pressure, whereby the exhaust gas is sucked from the exhaust air line 4 into the cooling air flow of line 5. this leads to an optimal mixing of the two streams, from which a very good direct Heat exchange between the streams results.
  • the volume flow or throughput of the two fans 6 and 7 is preferably controlled such that the temperature on the fan 7 not below a minimum value, which depends on the mode of operation of the conventional freezer 9 is determined, drops.
  • the confluence area of ring line 5 and exhaust air line 4 can preferably be venturi-like. This turns off the intake of the exhaust air flow the exhaust line 4 facilitates and the mixing of the two streams 4 and 5 improved.
  • the fans 6 and 7 can conventional fans are used. In the embodiment as shown in the Figure is shown, for example, about 1 ⁇ 4 additional in the liquid Nitrogen stored energy can be used.
  • the device 6 and 7 become dependent on the device according to the invention the temperature of the exhaust air flow in the exhaust air line 4 and / or the cooling air flow regulated in line 5.
  • regulation of the Fans 6 and 7 depending on the flow rates of one or both Currents predictable.
  • 4 and / or 5 are suitable in the corresponding lines Devices for recording the temperature (s) and / or the flow rate (s) - which are not shown in the figure for the sake of clarity.
  • the procedure shown in the figure is from a conventional freezer 9
  • a suction device by means of which the gas expanding into the cooling space can be disposed of Mistake.
  • the cold room should - if it is at least temporarily used must be - an oxygen room monitoring and / or forced ventilation have.
  • a cryogenic freezer can be 1 colder and more run in sync, which improves product quality is achieved without deteriorating the overall efficiency.
  • cost-effective and low-maintenance standard fans can be used.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes, vorzugsweise eines Abluftgasstromes eines mit Flüssigstickstoff beschickten Tauchfrosters. Erfindungsgemäß wird der kryogene Strom (4) mit einem Kühlluftstrom (5), der eine höhere durchschnittliche Temperatur als der kryogene Strom (4) aufweist und der der Kühlung eines Raumes und/oder Gerätes (9) dient, vor dessen Zuführung in den Raum und/oder das Gerät (9) zusammengeführt. Hierzu mündet die (Abluft)Leitung des kryogenen Stromes (4) in die Leitung des Kühlluftstromes (5) und die Leitung des Kühlluftstromes (5) ist einem zu kühlenden Raum und/oder Gerät (9) zugeordnet. Der kryogene Strom (4) wird vorzugsweise von dem Kühlluftstrom (5) angesaugt. Der Kühlluftstrom (5) wiederum wird vorzugsweise in einem Kreislauf geführt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes, vorzugsweise eines Abluftgasstromes eines mit Flüssigstickstoff beschickten Tauchfrosters.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes, vorzugsweise eines Abluftgasstromes eines mit Flüssigstickstoff beschickten Tauchfrosters, wobei der kryogene Strom über wenigstens eine (Abluft)Leitung geführt wird.
Bei einer Vielzahl von Vorrichtungen bzw. Geräten, wie beispielsweise kryogenen (Tauch)Frostern, die dem Frosten von Lebensmitteln dienen, kann aufgrund der Bauart nicht der volle Wärmeinhalt des für das Frosten verwendeten Mediums, bei dem es sich beispielsweise um Flüssigstickstoff handeln kann, genutzt werden. Abhängig von der Bauart des Gerätes und dem in ihm realisierten Verfahren kommt es daher zu einem Verlust im Hinblick auf den Wärmeinhalt des verwendeten Mediums.
Bei kryogenen (Tauch)Frostern wird das anfallende kalte Abgas ― dessen Temperatur im Bereich von -150°C bis -10°C liegt ― im Regelfall mit Raumluft vermischt und an die Atmosphäre abgegeben. Eine Vermischung mit Raumluft hat deswegen zu erfolgen, da herkömmliche Ventilatoren für Gase mit den genannten tiefen Temperaturen ― aufgrund von Wärmedehnung, den verwendeten Fetten für die Lager sowie der Werkstoffe für derartige Ventilatoren ― nicht geeignet sind. Prinzipiell sind jedoch Ventilatoren bekannt, die Gase mit entsprechend tiefen Temperaturen fördern können, jedoch sind diese Ventilatoren vergleichsweise teuer, störungsanfällig sowie wartungsintensiv.
Die genannten Vorrichtungen, wie beispielsweise kryogene (Tauch)Froster, werden häufig dort eingesetzt, wo zudem konventionelle Kältesysteme vorhanden sind. Unter dem Begriff "Konventionelle Kältesysteme" seien beispielsweise Kühlräume oder -lager, konventionelle Froster, Kompressorräume, etc. zu verstehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes anzugeben, mittels dem bzw. mittels der die genannten Nachteile der zum Stand der Technik zählenden Verfahren vermieden werden können.
Dies wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes dadurch erreicht, daß der kryogene Strom mit einem Kühlluftstrom, der eine höhere durchschnittliche Temperatur als der kryogene Strom aufweist und der der Kühlung eines Raumes und/oder Gerätes dient, vor dessen Zuführung in den Raum und/oder das Gerät zusammengeführt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes ist dadurch gekennzeichnet, daß die (Abluft)Leitung des kryogenen Stromes in die Leitung des Kühlluftstromes mündet und die Leitung des Kühlluftstromes einem zu kühlenden Raum und/oder Gerät zugeordnet ist.
Gemäß der Erfindung wird das kryogene Abgas nunmehr nicht mehr mit Raumluft vermischt und an die Atmosphäre abgegeben, sondern mit einem Kühlluftstrom, der der Kühlung eines weiteren Raumes und/oder Gerätes dient, zusammengeführt und vermischt. Dadurch kommt es zu einem Wärmeaustausch zwischen dem kryogenen Strom und dem Kühlluftstrom, wodurch sich der Energieaufwand für die Kühlung des Kühlluftstromes reduziert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes wird dieser von dem Kühlluftstrom angesaugt. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, das die kryogene Abluft mittels entsprechender Vorrichtungen, wie beispielsweise einem Verdichter, dem Kühlluftstrom zugeführt wird.
Vorzugsweise wird der Kühlluftstrom, der der Kühlung eines Raumes und/oder Gerätes dient, in einem Kreislauf geführt, also dem Raum und/oder dem Gerät entnommen und diesem wieder ― nach erfolgter Abkühlung ― zugeführt. Die Förderung des Kühlluftstromes erfolgt hierbei vorzugsweise mittels wenigstens eines Ventilators und die Zuführung des kryogenen Stromes in den Kühlluftstrom wiederum vorzugsweise in Strömungsrichtung vor dem Ventilator.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterbildend wird vorgeschlagen, daß der Kühlluftstrom in einem Kreislauf mit wenigstens zwei unterschiedlich groß dimensionierten Ventilatoren geführt wird und die Zuführung des kryogenen Stromes zu dem Kühlluftstrom zwischen den Ventilatoren erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren, die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie weitere Ausgestaltungen des- bzw. derselben, die Gegenstände von Unteransprüchen darstellen, seien im folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die Figur zeigt einen kryogenen (Tauch)Froster 1 sowie einen konventionellen Froster 9. In dem kryogenen (Tauch)Froster 1 werden in einem Flüssigstickstoffbad 2, das eine Temperatur von ca. -196°C aufweist, Lebensmittel 3 gefrostet. Das Abgas aus dem kryogenen Tauchfroster 1, das beispielsweise eine Temperatur von -120°C aufweist, wird über die Abluftleitung 4 aus dem (Tauch)Froster 1 abgezogen.
Der konventionelle Froster 9, in dem beispielsweise eine Temperatur zwischen -30 und -40°C herrscht, verfügt über ein konventionelles Kältesystem, bei dem über eine Ringleitung 5 die in dem Froster 9 anfallende Kühlluft, die beispielsweise eine Temperatur von ca. -35°C aufweist, abgezogen und im Bereich 8 der Ringleitung 5 mit dem aus der Abluftleitung 4 zugeführten Abgas des kryogenen Tauchfrosters 1 vermischt wird. Der dem konventionellen Froster 9 zugeführte Gasstrom weist nunmehr ― abhängig von der Menge der beigemischten Abluft aus dem (Tauch)Froster 1 ― eine Temperatur von ca. -40°C auf.
In der Ringleitung 5, die vorzugsweise isoliert ausgebildet ist, sind zwei unterschiedlich dimensionierte Ventilatoren 6 und 7 vorgesehen. Da die beiden Ventilatoren 6 und 7 unterschiedliche Volumenströme fördern, wird an der Verbindung (Bereich 8) zwischen der Abluftleitung 4 und der Ringleitung 5 ein Unterdruck erzeugt, wodurch das Abgas aus der Abluftleitung 4 in den Kühlluftstrom der Leitung 5 gesaugt wird. Dies führt zu einer optimalen Vermischung der beiden Ströme, woraus ein sehr guter direkter Wärmeaustausch zwischen den Strömen resultiert. Der Mengenfluß bzw. Durchsatz der beiden Ventilatoren 6 und 7 wird vorzugsweise derart geregelt, daß die Temperatur am Ventilator 7 nicht unter einen Minimalwert, der von der Betriebsweise des konventionellen Frosters 9 bestimmt wird, absinkt.
Der Einmündungsbereich von Ringleitung 5 sowie Abluftleitung 4 kann vorzugsweise venturiähnlich ausgebildet sein. Dadurch wird die Ansaugung des Abluftstromes aus der Abluftleitung 4 erleichtert sowie die Vermischung der beiden Ströme 4 und 5 verbessert.
Aufgrund der Gastemperatur in der Ringleitung 5 können für die Ventilatoren 6 und 7 herkömmliche Ventilatoren eingesetzt werden. Bei der Ausführungsform, wie sie in der Figur dargestellt ist, kann beispielsweise zusätzlich etwa ¼ der in dem flüssigen Stickstoff gespeicherten Energie genutzt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die Ventilatoren 6 und 7 in Abhängigkeit der Temperatur des Abluftstromes in der Abluftleitung 4 und/oder des Kühlluftstromes in der Leitung 5 geregelt. Alternativ oder ergänzend ist zudem eine Regelung der Ventilatoren 6 und 7 in Abhängigkeit von den Durchflußmengen eines oder beider Ströme vorsehbar.
Zu diesem Zweck sind in den entsprechenden Leitungen 4 und/oder 5 geeignete Vorrichtungen zur Erfassung der Temperatur(en) und/oder der Durchflußmenge(n) ― die der Übersichtlichkeit halber in der Figur nicht dargestellt sind ― vorzusehen. Mittels einer geeigneten Steuereinrichtung, die die Daten dieser Vorrichtungen auswertet, können dann der oder die Ventilatoren 6 und 7 geregelt werden.
Wird die in der Figur dargestellte Verfahrensweise von einem konventionellen Froster 9 beispielsweise auf einen Kühlraum übertragen, so ist dieser mit einer Absaugvorrichtung, mittels der das in den Kühlraum expandierende Gas entsorgt werden kann, zu versehen. Des weiteren sollte der Kühlraum ― sofern er zumindest zeitweilig begangen werden muß ― eine Sauerstoff-Raumüberwachung und/oder Zwangsbelüftung besitzen.
Daneben sollte eine konventionelle Abgasentsorgungsmöglichkeit für den Froster vorgesehen werden, damit auch zu denjenigen Zeiten, zu denen der Kühlraum abgeschaltet ist, der Froster weiterbetrieben werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes ermöglichen eine effektive Ausnutzung der in der Abluft entsprechender Vorrichtung, wie beispielsweise eines kryogenen Frosters, noch enthaltenen Kälteenergie. Dies führt für das Gesamtsystem, wie es beispielsweise in der Figur dargestellt ist, zu einer nicht unerheblichen Kostenersparnis. Zudem kann der kryogene Froster 1 kälter und zudem im Gleichlauf gefahren werden, wodurch eine Verbesserung der Produktqualität erreicht wird, ohne daß der Gesamtwirkungsgrad verschlechtert würde. Des weiteren können kostengünstige und wartungsarme Standardventilatoren zum Einsatz kommen.

Claims (13)

  1. Verfahren zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes, vorzugsweise eines Abluftgasstromes eines mit Flüssigstickstoff beschickten Tauchfrosters, dadurch gekennzeichnet, daß der kryogene Strom (4) mit einem Kühlluftstrom (5), der eine höhere durchschnittliche Temperatur als der kryogene Strom (4) aufweist und der der Kühlung eines Raumes und/oder Gerätes (9) dient, vor dessen Zuführung in den Raum und/oder das Gerät (9) zusammengeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kryogene Strom (4) von dem Kühlluftstrom (5) angesaugt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftstrom (5) in einem Kreislauf geführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftstrom (5) mittels wenigstens eines Ventilators gefördert und die Zuführung des kryogenen Stromes (4) zu dem Kühlluftstrom (5) in Strömungsrichtung vor dem Ventilator erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluftstrom (5) in einem Kreislauf mit wenigstens zwei unterschiedlich groß dimensionierten Ventilatoren (6, 7) geführt wird und die Zuführung des kryogenen Stromes (4) zu dem Kühlluftstrom (5) zwischen den Ventilatoren (6, 7) erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des oder der Ventilatoren (6, 7) in Abhängigkeit von der Temperatur des kryogenen Stromes (4) und/oder des Kühlluftstromes (5) erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des oder der Ventilatoren (6, 7) in Abhängigkeit von der Durchflußmenge des kryogenen Stromes (4) und/oder des Kühlluftstromes (5) erfolgt.
  8. Vorrichtung zur besseren Nutzung der Kälteenergie eines kryogenen Stromes, vorzugsweise eines Abluftgasstromes eines mit Flüssigstickstoff beschickten Tauchfrosters, wobei der kryogene Strom über wenigstens eine (Abluft)Leitung geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die (Abluft)Leitung des kryogenen Stromes (4) in die Leitung des Kühlluftstromes (5) mündet und die Leitung des Kühlluftstromes (5) einem zu kühlenden Raum und/oder Gerät (9) zugeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung des Kühlluftstromes (5) als eine Ring- oder Rückführleitung (5) ausgebildet ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung des Kühlluftstromes (5) wenigstens einen Ventilator aufweist und die Mündung der (Abluft)Leitung des kryogenen Stromes (4) in die Leitung des Kühlluftstromes (5) in Strömungsrichtung vor dem Ventilator angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung des Kühlluftstromes (5) wenigstens zwei unterschiedlich groß dimensionierte Ventilatoren (6, 7) aufweist und die Mündung der (Abluft)Leitung des kryogenen Stromes (4) in die Leitung des Kühlluftstromes (5) zwischen den Ventilatoren (6, 7) angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der (Abluft)Leitung des kryogenen Stromes (4) und/oder in die Leitung des Kühlluftstromes (5) Vorrichtungen zur Erfassung der Temperatur und/oder der Druchflußmenge des oder der Ströme angeordnet sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Erfassung der Temperatur und/oder der Druchflußmenge des oder der Ströme (4, 5) wenigstens einer den oder die Ventilatoren (6, 7) regelnden Steuereinrichtung zugeordnet sind.
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