EP3325900B1 - Füllvorrichtung zum befüllen eines einem kühlbehälter zugeordneten kältemittel-aufnahmefachs mit einem kryogenen kältemittel - Google Patents

Füllvorrichtung zum befüllen eines einem kühlbehälter zugeordneten kältemittel-aufnahmefachs mit einem kryogenen kältemittel Download PDF

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EP3325900B1
EP3325900B1 EP16741631.2A EP16741631A EP3325900B1 EP 3325900 B1 EP3325900 B1 EP 3325900B1 EP 16741631 A EP16741631 A EP 16741631A EP 3325900 B1 EP3325900 B1 EP 3325900B1
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EP
European Patent Office
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filling
carbon dioxide
pistol
nozzle
refrigerant
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EP16741631.2A
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EP3325900A1 (de
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Émilien Frère
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Messer France SAS
Original Assignee
Messer France SAS
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Publication date
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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
    • F25D3/12—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using solidified gases, e.g. carbon-dioxide snow
    • F25D3/125—Movable containers

Definitions

  • the invention relates to a filling device for filling a refrigerant receiving compartment assigned to a cooling container for cooling products with carbon dioxide snow, with a supply unit and a filling gun that can be coupled to the supply unit, the filling pistol having an expansion nozzle for supplying liquid which can be connected to at least one filling opening of the refrigerant receiving compartment Has carbon dioxide and a suction opening that can be connected to a gas outlet opening of the refrigerant receiving compartment for discharging gaseous carbon dioxide and is connected to the supply unit via a carbon dioxide liquid feed line that is flow-connected to the filling opening and a gas discharge line that is flow-connected to the suction opening, and with a control valve for regulating the supply of liquid carbon dioxide into the carbon dioxide liquid feed line, a suction device for sucking off gaseous carbon dioxide from the gas discharge line and a control and monitoring unit t to control the filling process.
  • Mobile isothermal cooling containers are used to transport heat-sensitive products, in particular food such as fresh or frozen products, with which a seamless cooling chain from production to the end customer is to be ensured even when permanent cooling by an electrically operated cooling device is not possible is.
  • Such mobile cooling containers have a product receiving compartment for storing the products to be kept cool and a refrigerant receiving compartment for a cryogenic refrigerant that is spatially separated from this but is thermally connected to it.
  • the refrigerant absorbs heat that penetrates through the walls of the container and thus ensures that the temperature in the product receiving compartment does not rise and the product is kept at a low temperature. This leads to gradual evaporation or sublimation of the refrigerant.
  • the cooling container in question standing type are dimensioned so that they can easily be moved by one person using wheels attached to them.
  • Typical cooling containers have, for example, a base area based on the European pallet standard of 600 mm x 800 mm to 1200 mm x 800 mm and a height between 1000 mm and 2000 mm and a useful volume of between 200 liters and 1500 liters, for example.
  • the compartment for the refrigerant is much smaller than the compartment for the products and has, for example a volume between 5 liters and 50 liters.
  • the present invention relates to a filling device for filling such refrigerant receiving compartments.
  • a cooling container of the aforementioned type is for example from EP 0 942 244 A1 known.
  • the container has a drawer-like refrigerant storage compartment for carbon dioxide snow, which is thermally and fluidically connected to a product storage compartment arranged below.
  • the refrigerant compartment is loaded with carbon dioxide snow, which has a temperature of -78 ° C.
  • the carbon dioxide snow absorbs heat entering the cooling container and gradually sublimes in the process. Due to a suitable setting of the heat transfer between the compartments, the products can be reliably kept at a temperature of, for example, 0 ° C to 5 ° C (for fresh goods) or -15 ° C to -25 ° C (frozen goods) for more than 24 hours.
  • the filling device has a filling pistol and a supply unit connected to it.
  • the filling pistol is equipped with an expansion nozzle, which is inserted into a filling opening of the refrigerant receiving compartment, as well as with an exhaust device which is connected to a gas exhaust opening of the refrigerant receiving compartment.
  • liquid carbon dioxide is supplied which, when it exits the expansion nozzle, expands with strong cooling, a mixture of carbon dioxide snow and carbon dioxide gas being formed.
  • the filling pistol is equipped with connection fittings with which the filling pistol is connected to the refrigerant receiving compartment in a substantially gas-tight manner and which ensure that as no carbon dioxide as possible escapes into the vicinity of the container during the filling process. Since the carbon dioxide is supplied at high pressure, the filling pistol is also equipped with electromagnets that establish a secure connection to the refrigerant compartment.
  • a control valve arranged in the filling gun which regulates the supply of carbon dioxide, can only be opened when a correct connection is established via electrical detectors also arranged in the filling gun.
  • the supply unit comprises supply and discharge lines for the carbon dioxide, a control unit electrically connected to the control valve, the electromagnets and the detectors, and a mechanical holding device which enables the filling pistol to be operated with one hand.
  • the filling guns of the known systems are quite complex in construction. This is not least due to the fact that the liquid carbon dioxide is supplied under high pressure, which means that considerable requirements must be placed on the safety and tightness of the connection that is made.
  • the considerable temperature fluctuations and the associated accumulation of air humidity and water ice formations are also problematic, as a result of which all electrical components within the filling gun, for example electrically operated valves, heating devices, electromagnets, electrical sensors, etc., have to be secured in a complex manner.
  • the electrical components are endangered by the fact that considerable static charges can occur due to the friction of the carbon dioxide particles generated on the walls of the refrigerant receiving compartment, which means that measures to secure the electrical components in the filling gun against static electricity Electricity must be met.
  • the electrical components in the filling pistol must be protected against mechanical influences that cannot be completely ruled out when the device is in operation, such as impacts from the cooling containers, which are usually equipped with rollers, or from careless operation of forklifts or pallet lifts. All this has the consequence that the known filling pistols have a high dead weight and can usually only be operated with the aid of a crane bracket, which makes handling of the filling pistol difficult and in particular also restricts the freedom of movement for an operator.
  • the object of the present invention is therefore to create a filling system for filling a refrigerant receiving compartment assigned to a cooling container for cooling products with carbon dioxide snow, which is easy to operate and simple to handle.
  • the filling pistol contains neither a valve controlling the supply of liquid carbon dioxide nor electrical components; in particular, the filling pistol does not have any electrical controls, electrical sensors or electromagnets. All valves and electrical or electronic control elements are arranged within the supply unit.
  • the filling pistol is therefore very simple in construction and light in weight. This significantly simplifies the operation of the filling device; in particular, a crane arrangement for holding the filling pistol during filling can be dispensed with.
  • the filling pistol and supply unit are only connected to one another via a carbon dioxide liquid feed line, a gas discharge line and, if necessary, one or more optical waveguides, which are each designed in the form of flexible lines and thus provide an operator with great freedom of movement.
  • the filling pistol comprises a decompression nozzle, a suction opening and possibly non-electrically operating detectors, which are arranged in a common housing, preferably made of a light material, for example a light metal.
  • the expansion nozzle and the suction opening are adapted to the arrangement of the filling opening and the gas discharge opening on the refrigerant receiving compartment used in each case.
  • the filling opening and the gas discharge opening of the refrigerant receiving compartment are arranged spaced apart from one another or concentrically with one another, and accordingly the expansion nozzle used and the suction opening are arranged spaced apart from one another or concentrically with one another.
  • the filling pistol is preferably detachably connected to the supply unit; if a refrigerant receptacle of a different type is to be filled with the device according to the invention, the filling pistol can easily be separated from the supply unit and replaced by a correspondingly different filling pistol. For this purpose, it is only necessary to separate the gas discharge line, carbon dioxide liquid feed line and, if necessary, one or more fiber optic lines from a multiple connection of the supply unit or the filling gun or to connect them.
  • the supply unit designed for example as a cabinet, is basically set up in a stationary manner during the filling process and is connected, for example, to corresponding inlet and outlet lines for carbon dioxide of a supply network at the location.
  • This does not preclude the supply unit from being able to be moved during a break in operation and being equipped with suitable transport devices such as wheels for this purpose.
  • both the gas discharge line and the carbon dioxide liquid feed line are made of a flexible material and preferably have a length of 1m to 3m or more to give an operator great freedom of movement when connecting the refrigerant receiving compartment of a mobile cooling container of the type mentioned at the beginning to the filling device to enable.
  • the filling pistol When the device according to the invention is in operation, the filling pistol is connected to a refrigerant receiving compartment.
  • the refrigerant storage compartment includes a Snow-receiving compartment equipped with at least one filling opening and a gas-extraction compartment which is preferably arranged above the snow-receiving compartment and which is equipped with a gas-extraction opening. Snow storage compartment and gas extraction compartment are separated from each other by a gas-permeable filter.
  • the filling opening and / or gas outlet opening of the refrigerant receiving compartment and / or expansion nozzle and / or outlet opening of the filling gun are equipped with suitable sealing elements.
  • the carbon dioxide is in the at least predominantly liquid state at a pressure above the triple point pressure of carbon dioxide (5.18 bar) and is released to the expansion nozzle when it exits the expansion nozzle into the snow receiving compartment, whereby a mixture of carbon dioxide gas and carbon dioxide snow is formed. While the carbon dioxide snow is retained in the snow receptacle, the carbon dioxide gas penetrates the gas-permeable filter and is drawn off by the suction device through the gas discharge line.
  • the negative pressure generated by the suction device is dimensioned such that the filling pistol is pressed against the refrigerant receiving compartment under the effect of the ambient pressure, a gas-tight connection being established by means of the sealing elements, which prevents the escape of carbon dioxide into the environment.
  • the carbon dioxide liquid supply line is preferably flooded with carbon dioxide gas before and after the filling process, which is supplied under a pressure above the triple point pressure of carbon dioxide.
  • the carbon dioxide liquid supply line is flooded with pressurized carbon dioxide gas for a period of 0.5 to 1 s before the supply of liquid carbon dioxide and for a period of 0.5 to 3 s after the supply of liquid carbon dioxide is switched off.
  • the carbon dioxide gas required for this is expediently obtained in the supply unit by evaporating liquid carbon dioxide.
  • control and monitoring unit arranged in the supply unit is equipped with a photoelectric unit for determining the existence of a secure connection, which is connected to optical waveguides in the filling gun.
  • the photoelectric unit sends and receives optical signals via the optical waveguides to or from a reflector arranged on the refrigerant receiving compartment. There is no need for electrical components inside the filling gun.
  • a fixed but detachable connection between the filling pistol and the refrigerant receiving compartment is established by setting the suction power of the suction device so that the filling pistol is pressed against the refrigerant receiving compartment under the effect of the suction force.
  • the filling pistol and / or the refrigerant receiving compartment has / have at least one permanent magnet, which is / are used when establishing the connection with another permanent magnet or a ferromagnetic surface on the refrigerant receiving compartment or . the filling gun cooperates / cooperate.
  • the carbon dioxide liquid feed line is expediently arranged within the gas discharge line at least in sections, preferably at least over the entire distance between the filling pistol and the supply unit.
  • the liquid carbon dioxide transported through the carbon dioxide liquid feed line is pre-cooled by the cold gaseous refrigerant which is sucked off in countercurrent through the discharge line.
  • a carbon dioxide liquid feed line arranged within the gas discharge line does not require any thermal insulation, as a result of which the carbon dioxide liquid feed line can be made lighter and more flexible, which overall the handling of the filling pistol facilitated.
  • the liquid carbon dioxide can also be brought to a temperature below its boiling point in a subcooler optionally provided in the supply device in order to increase the yield of carbon dioxide snow.
  • the gas discharge line and / or the carbon dioxide liquid line and / or the optical waveguide (s) are manufactured from a flexible material.
  • the gas discharge line and / or carbon dioxide liquid line and / or optical waveguide is / are preferably attached with connecting means, for example rotating flanges, hinged to the filling gun and / or the supply unit so that they can be rotated or pivoted.
  • the supply device is provided with a pistol receptacle for receiving the filling pistol in the rest mode of the device, i.e. before and / or after a filling process.
  • the gun receptacle preferably includes sealing means with which the filling gun can be connected in an airtight manner.
  • the filling pistol is preferably held on the pistol receptacle by suitable mechanical holding means or by the suction power of the suction device.
  • the pistol holder is advantageously equipped with a heating device by means of which the filling pistol can be heated after a filling process and thereby the formation of water ice can be prevented.
  • a likewise preferred embodiment of the invention provides that a phase detector integrated into the carbon dioxide liquid feed line and data-connected to the control unit is provided in the supply device.
  • the phase detector makes it possible to determine the proportion of gaseous carbon dioxide in the supplied liquid carbon dioxide. From this, the total amount of the total supplied carbon dioxide is continuously calculated in a control and monitoring unit, and the filling procedure can be automatically adapted accordingly and the control valve controlled accordingly.
  • An example of such a phase detector is shown in FIG EP 2 368 845 B1 which are expressly referred to here.
  • the filling pistol is preferably designed such that the expansion nozzle and / or the detector means is / are arranged within the suction opening.
  • the suction device is designed as a hood equipped with flexible sealing elements which, when the filling pistol is in use, is pressed onto the refrigerant receiving compartment in such a way that it covers both the filling opening and the gas outlet opening of the refrigerant receiving compartment, while at the same time the expansion nozzle protruding inside the hood is connected gas-tight to the filling opening of the refrigerant receiving compartment. This in particular prevents the accumulation of moisture on the expansion nozzle during the filling process.
  • several expansion nozzles arranged within a suction opening are also conceivable.
  • a preferred expansion nozzle is equipped with two nozzle openings which emerge at an essentially cylindrically shaped nozzle head of the expansion nozzle in opposite directions to each other and transversely to the longitudinal extent of the nozzle head.
  • a front section of the expansion nozzle is equipped with at least two nozzle heads arranged parallel to one another, which protrude into the interior of the refrigerant receiving compartment during filling and which each have at least one nozzle opening, the nozzle openings of the two nozzle heads being directed precisely towards one another , or are arranged inclined at the same angle by up to 30 ° from the connecting line of the two nozzle openings in the direction of the rear region.
  • This arrangement contributes in particular to a homogeneous distribution of the carbon dioxide snow in the interior of the refrigerant receiving compartment.
  • the nozzle heads are preferably arranged at a distance of between 5 cm and 10 cm from one another on the expansion nozzle.
  • the refrigerant receiving compartment is preferably connected to two separate filling openings which are attached at a distance from the two nozzle heads.
  • a plurality of nozzle openings arranged on both nozzle heads is also conceivable, which are arranged in such a way that the impulse flows of the carbon dioxide emerging from them cancel each other completely or largely; What is essential here is that there is no or no strong impulse current that could force the nozzle heads out of the filling openings.
  • the nozzle heads can also be spaced closer than 5 cm, for example 1 cm to 3 cm, so that both Nozzle heads can be introduced through a common filling opening in the refrigerant receiving compartment.
  • the suction device is preferably designed in such a way that, when the filling device is in operation, a negative pressure can be produced in the region of the refrigerant receiving compartment which is sufficient to hold the filling gun on the refrigerant receiving compartment.
  • the cooling container can also have a refrigerant storage compartment, which is divided into at least two separate sub-compartments, each of which is connected to a product receiving compartment of the cooling container via thermal bridges with different thermal resistance.
  • a refrigerant storage compartment which is divided into at least two separate sub-compartments, each of which is connected to a product receiving compartment of the cooling container via thermal bridges with different thermal resistance.
  • one of the sub-compartments has very good heat conduction, while the other sub-compartment, on the other hand, has poor heat conduction to the product receiving compartment. If only the compartment with good heat conduction is filled with carbon dioxide, the products are cooled to a lower temperature for a shorter time. If, on the other hand, the sub-compartment with the poorer heat conduction is filled, the products are cooled to a less low temperature, which, however, lasts for a longer period of time.
  • the individual subcompartments each have separate filling openings and gas outlet openings.
  • the filling device 1 shown comprises a filling pistol 2, described in more detail below, which is connected to a supply unit 3.
  • the supply unit 3 is designed as a mobile cabinet in the embodiment shown and has a fixed housing 4.
  • a pressure-resistant and thermally insulated supply line 5 for liquid carbon dioxide which is connected to a source not shown here for liquid carbon dioxide, for example a tank in which the liquid Carbon dioxide is stored at a pressure of 20 bar and a temperature of approx. Minus 20 ° C, is passed through the housing 4 of the supply unit 3 and ends at a multiple connection 6.
  • Upstream of the multiple connection 6 is an electrically controllable control valve 7 within the housing 4 arranged.
  • a phase detector 8 is also provided, which detects the proportions of gas phase and liquid phase of the carbon dioxide flowing through feed line 5.
  • a phase separation device can also be provided in the feed line 5, with which it is ensured that the carbon dioxide fed to the multiple connection 6 contains the greatest possible proportion of liquid phase.
  • the discharge line 9 is connected in a manner not shown here either to a device for reprocessing or to an exhaust air line leading to the outside.
  • Outlet 9 and inlet 5 can be thermally connected to one another via a heat exchanger, not shown here, by means of which the liquid carbon dioxide conducted through inlet 5 can be pre-cooled with the carbon dioxide gas conducted through outlet 9.
  • Branch line 11, evaporator 12 and control valve 13 are arranged inside the housing 4 of the supply unit 3.
  • a pistol receptacle 14 into which the filling pistol 2 can be inserted in a resting phase before or after a filling process.
  • An electrical heating device 15 is provided in the pistol receptacle 14 for heating the inserted filling pistol 2.
  • a photoelectric unit 16 is provided within the housing 4, which is connected to an optical connector on the multiple connector 6 via two optical waveguides 17 (only one of which is shown here).
  • the photoelectric unit 16 is integrated in a control and monitoring unit 18 with which the control valves 7, 13, the phase detector 8, the suction pump 10, the heating devices 15 and the evaporator 12 are also in data connection.
  • the control and monitoring unit 18 is used to control the filling process in the manner described in more detail below.
  • the supply unit is equipped with wheels 19 which are intended to facilitate transport of the supply unit 3 within the location; During normal operation, however, the supply unit 3 is fixed and is basically not moved during a filling process. Instead of the mobile form shown here, however, the supply unit can also be permanently installed at the location.
  • the filling gun 2 explained in more detail is used to fill a (in Fig. 3 Only partially shown) refrigerant receiving compartment 20 of a cooling container 21.
  • the cooling container 21 which is equipped with walls 22 with good thermal insulation, comprises a product receiving compartment 23 (only partially shown here) or several compartments for receiving products to be cooled and an insert 24 for inserting the in the exemplary embodiment as a drawer trained refrigerant receiving compartment 20.
  • the front is on Cooling container 21 a door opening 25 is provided, which allows access to the product receiving compartment 23 and the refrigerant receiving compartment 20 and which can be closed with a door, not shown here.
  • the refrigerant receiving compartment 20 has on its front side 26 two filling openings 28, 29 each equipped with a sealing ring 27 for liquid carbon dioxide and a gas outlet opening 30 for gaseous carbon dioxide.
  • the filling openings 28, 29 are arranged horizontally next to one another at a distance of 5 to 10 cm.
  • the gas outlet opening 30 is arranged above the filling openings 28, 29, for example 1 to 4 cm vertically spaced from them.
  • a (lower) snow storage compartment 31 and an (upper) gas outlet compartment 32 extend within the refrigerant storage compartment 20, which are separated from one another by a gas-permeable filter 33 such that the gas outlet opening 30 into the gas outlet compartment 32 and the filling openings 28, 29 into the snow receptacle 31 joins.
  • the filter 33 preferably extends over the entire width of the refrigerant receiving compartment 20 in order to create the largest possible area for the passage of carbon dioxide gas when the device 1 is in operation.
  • two reflectors 24, 35 are arranged in the immediate vicinity of the filling openings 28, 29 and the gas outlet opening 30.
  • the reflectors 34, 35 are, for example, an area colored in a specific color.
  • a ferromagnetic element for example an iron sheet 36, is arranged.
  • the filling pistol 2 comprises a housing 37 made of a light, but low-temperature-resistant material, for example plastic, a light metal or a composite material, which has an opening 38 and a connection opening 39.
  • the mouth opening 38 which is equipped with a circumferential sealing element 40, for example a sealing lip made of a flexible, but low-temperature-resistant material, is dimensioned in such a way that when the filling gun 2 is connected to the refrigerant receptacle 23, both the filling openings 28, 29 and the gas outlet opening 29 of the Refrigerant receiving compartment 20 covered.
  • the connection opening 39 of the housing 37 serves for the gas-tight connection of a flexible gas discharge line 41, which is for example a corrugated hose is made of a low temperature resistant material.
  • a handle 42 is arranged on the housing 37.
  • the filling pistol 2 further comprises an expansion nozzle 45 for supplying liquid carbon dioxide.
  • the relaxation nozzle 45 is equipped with two nozzle heads 46, 47 which protrude from a T-shaped front section 48 of the relaxation nozzle 45 parallel to one another at a distance from one another which corresponds to the distance between the two filling openings 28, 29. This distance is between 1 cm and 10 cm, for example.
  • the nozzle heads 46, 47 are each equipped with a nozzle opening 49, 50 which are inclined at an angle of up to 30 ° with respect to the connecting axis of the two nozzle openings 49, 50 in the direction of the front section 48.
  • the nozzle openings 49, 50 preferably face one another directly.
  • the nozzle heads 46, 47 are each pushed into the filling openings 28, 29 and protrude inside the snow receptacle 31 in such a way that the nozzle openings 49, 50 are each spaced 5 cm to 10 cm from the inner wall of the front side 26 .
  • the expansion nozzle 45 is connected to a flexible and pressure-resistant carbon dioxide liquid feed line 53.
  • the carbon dioxide liquid feed line 53 is received within the gas discharge line 41 and establishes a flow connection with the feed line 5 at the multiple connector 6.
  • the multiple connection 6 comprises, for example, a connection piece to which the gas discharge line 41 is firmly but detachably connected.
  • a CO 2 liquid connection which is connected to the supply line 5 and to which the carbon dioxide liquid supply line is fixedly but also detachably attached, is arranged within this connection piece.
  • the filling gun 2 is equipped with one or more, in the exemplary embodiment with two, optical waveguides 54, 55 which each end within the mouth opening 38 of the housing 37 with a conductor head 56, 57.
  • the optical waveguides 54, 55 are passed through the housing 37 and the gas discharge line 41 and are optically connected to one of the optical waveguides 17 at a connection terminal arranged in the multiple connector 6.
  • the optical waveguides 54, 55, 17 are constructed in a manner known per se and each have an optical fiber for emitted light and an optical waveguide for reflected light, the corresponding light emitting and light receiving units being arranged in the photoelectric unit 16.
  • a permanent magnet 58 is mounted on the housing 37 within the mouth opening 27 in such a way that it interacts with the sheet iron 36 when the filling pistol is placed on the refrigerant receiving compartment 20.
  • the device 1 has two operating modes, a rest mode and a filling mode.
  • the filling gun 2 is received in the gun receptacle 14 of the supply unit 3, the sealing element 40 producing an at least extensive air seal.
  • the control valves 7, 13 are closed.
  • the suction pump 10 ensures a moderate negative pressure controlled by the control and monitoring unit 18, which on the one hand is sufficient to hold the filling pistol 2 in the pistol receptacle 14, but on the other hand can easily be overcome manually in order to remove the filling pistol 2 from the pistol receptacle 14 to be able to.
  • a ferromagnetic element (not shown here) can also be arranged inside the pistol receptacle 14, which cooperates with the permanent magnet 58 when the filling pistol 2 is pushed in. If the expansion nozzle 45 has a low temperature due to previous use, it is heated by means of the heating device 15 in order to prevent the accumulation of moisture on the surface of the expansion nozzle 45.
  • the filling pistol 2 is first removed from the pistol receptacle 14 and placed on the front 26 of the refrigerant receiving compartment 20 in such a way that the nozzle heads 46, 47 are inserted into the respective filling openings 28, 29 and the Muzzle opening 38 of the filling pistol 2 covers the gas outlet opening 30.
  • the sealing element 40 ensures an at least largely gas-tight connection between the filling pistol 2 and the front side 26 of the refrigerant receiving compartment 20.
  • the action of the suction pump 10 causes the filling pistol 2 to enter inside the refrigerant receiving compartment 20 and thus also in the interior of the housing 37 Generated negative pressure, which is sufficient to the filling pistol 2 on the refrigerant receiving compartment 20 to hold.
  • a magnetic connection between permanent magnet 58 and sheet iron 36 provides additional security.
  • optical signals are passed from an emitter of the photoelectric unit 16 through the optical waveguides 17, 54, which are reflected on the reflector 34.
  • the reflected optical signals pass through the optical waveguides 54, 17 back to a detector of the photoelectric unit 16, where they are recorded and evaluated in the control and monitoring unit 18. If the control and monitoring unit 18 recognizes a correct position of the filling gun, the control valves 7, 13 are released for manual actuation.
  • the optical waveguide 55 is used to determine the respective type of the refrigerant receiving compartment 20.
  • the reflector 35 is designed specifically for a certain type of refrigerant receiving compartments 20 and has type-specific reflection properties which lead accordingly to different reflection signals transmitted to the control and monitoring unit 18. From this, the control and monitoring unit 18 determines the type of refrigerant receiving compartment and initiates a filling procedure corresponding to the type of refrigerant receiving compartment 20.
  • the filling process is then started on the basis of a command entered manually into the control and monitoring unit 18.
  • the carbon dioxide liquid feed line 52 is first flooded with gaseous carbon dioxide by opening the control valve 13 and starting the evaporator 12.
  • liquid carbon dioxide is evaporated from the supply line 5 in the evaporator 12 and flows into the carbon dioxide liquid supply line 52.
  • the purpose of the flooding is to generate a pressure above the triple point pressure of 5.18 bar in the carbon dioxide liquid feed line 52 in order to prevent liquid carbon dioxide from expanding when it enters the carbon dioxide liquid feed line 52 and the carbon dioxide snow generated from the carbon dioxide liquid feed line 52 clogged.
  • control valve 13 is closed and the evaporator 12 is switched off.
  • the control valve 7 is then opened and liquid carbon dioxide flows at a pressure of, for example, 10 bar to 20 bar via the feed line 5 and the carbon dioxide liquid feed line 52 to the expansion nozzle 45, where it enters the snow receptacle 31 at the nozzle openings 49, 50.
  • the control and monitoring unit 18 regulates, in particular, the supply of liquid carbon dioxide as a function of a gas phase fraction determined at the phase detector 8 and the suction strength of the suction pump 10 as a function of a pressure determined in the discharge line 9 upstream of the suction pump 10 by means of detectors not shown here .
  • the liquid carbon dioxide relaxes and changes into a mixture of carbon dioxide snow and carbon dioxide gas. While the carbon dioxide snow is retained in the snow receiving compartment 31, the carbon dioxide gas produced during the expansion passes through the gas-permeable filter 33 into the gas vent compartment 32 and is drawn off by the suction pump 10 via the gas vent line 41 and the discharge line 9.
  • the arrangement of the carbon dioxide liquid feed line 52 within the gas discharge line 41 serves to precool the liquid carbon dioxide and thus to increase the efficiency of the filling process.
  • the evaporator 12 is switched on and the control valve 13 is opened. The control valve 7 is then closed.
  • carbon dioxide gas flows into the carbon dioxide liquid feed line 52 and prevents the liquid carbon dioxide still present in the carbon dioxide feed line 52 from expanding with the formation of carbon dioxide snow and from clogging the carbon dioxide feed line 52.
  • the control valve 13 is closed.
  • the filling pistol 2 does not have any electrical components in its interior and has a particularly low weight of, for example, less than 1 kg. Due to the low weight, the negative pressure generated by the suction pump 10 in the refrigerant receiving compartment 20 is generally sufficient to hold the filling pistol 2 on the refrigerant receiving compartment 20 during the filling.
  • the light construction of the filling pistol 2 also makes it possible to dispense with complex crane arrangements for holding the filling pistol during the filling procedure.
  • the filling pistol 2 is moved and operated manually by an operator on the handle 42.
  • the flexible parts of the gas discharge line 41 or the carbon dioxide liquid feed line 52 or the optical waveguides 54, 55 are sometimes subjected to severe stress due to bending and twisting.
  • the gas discharge line 41, the carbon dioxide liquid feed line 52 and the optical waveguide 54, 55 on the multiple connection 6 and / or in the area of the connection opening 39 are each provided with a connection opposite the multiple connection 6 or of the filling gun 2 rotatably or pivotably mounted connection part (not shown here).

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Füllvorrichtung zum Befüllen eines einem Kühlbehälter zum Kühlen von Produkten zugeordneten Kältemittel-Aufnahmefachs mit Kohlendioxidschnee, mit einer Versorgungseinheit und einer an die Versorgungseinheit koppelbaren Füllpistole, wobei die Füllpistole eine mit wenigstens einer Füllöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs verbindbare Entspannungsdüse zum Zuführen von flüssigem Kohlendioxid und eine mit einer Gasaustrittsöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs verbindbare Absaugöffnung zum Abführen von gasförmigem Kohlendioxid aufweist und mit der Versorgungseinheit über eine mit der Füllöffnung strömungsverbundene Kohlendioxid-Flüssigzuleitung und eine mit der Absaugöffnung strömungsverbundene Gasabzugsleitung verbunden ist, und mit einem Steuerventil zum Regeln der Zufuhr von flüssigem Kohlendioxid in die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung, einer Absaugeinrichtung zum Absaugen von gasförmigem Kohlendioxid aus der Gasabzugsleitung und einer Steuer- und Kontrolleinheit zum Steuern des Füllvorgangs.
  • Zum Transportieren von wärmeempfindlichen Produkten, insbesondere von Lebensmitteln wie Frisch- oder Tiefkühlprodukten, kommen mobile isotherme Kühlbehälter zum Einsatz, mit denen eine lückenlose Kühlkette von der Produktion bis zum Endkunden auch dann sichergestellt werden soll, wenn eine permanente Kühlung durch ein elektrisch betriebenes Kühlgerät nicht möglich ist. Derartige mobile Kühlbehälter weisen ein Produkt-Aufnahmefach für die Einlagerung der kühl zu haltenden Produkte sowie ein von diesem räumlich getrenntes, jedoch mit diesem thermisch verbundenes Kältemittel-Aufnahmefach für ein kryogenes Kältemittel auf. Das Kältemittel nimmt Wärme auf, die durch die Wände des Behälters dringt und sorgt so dafür, dass die Temperatur im Produkt-Aufnahmefach nicht steigt und das Produkt auf niedriger Temperatur gehalten wird. Dabei kommt es zur allmählichen Verdampfung oder Sublimation des Kältemittels. Durch die Wahl einer geeigneten thermischen Verbindung zwischen Produkt-Aufnahmefach und Kältemittel-Aufnahmefach kann das Produkt auf diese Weise über viele Stunden auf einer bestimmten tiefen Temperatur gehalten werden, ohne dass es dazu einer permanenten Energiezufuhr von außen bedarf. Die Kühlbehälter der in Rede stehenden Art sind so bemessen, dass sie mittels an ihnen befestigter Räder leicht von einer Person bewegt werden können. Typische Kühlbehälter haben beispielsweise eine auf den europäischen Palettenstandard beruhende Grundfläche von 600 mm x 800 mm bis 1200 mm x 800 mm und eine Höhe zwischen 1000 mm und 2000 mm sowie ein Nutzvolumen von beispielsweise zwischen 200 Litern und 1500 Litern. Da in der Regel bereits eine - gemessen an der Produktmenge - kleine Menge an Trockeneis zur Aufrechterhaltung einer hinreichend niedrigen Kühltemperatur über einen Zeitraum von einigen Stunden ausreicht, ist das Aufnahmefach für das Kältemittel sehr viel kleiner dimensioniert als das Fach zur Aufnahme der Produkte und hat beispielsweise ein Volumen zwischen 5 Litern und 50 Litern. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Füllvorrichtung zum Befüllen derartiger Kältemittel-Aufnahmefächer.
  • Ein Kühlbehälter der vorgenannten Art ist beispielsweise aus der EP 0 942 244 A1 bekannt. Der Behälter weist ein schubladenartiges Kältemittel-Aufnahmefach für Kohlendioxidschnee auf, das thermisch und strömungstechnisch mit einem darunter angeordnetem Produkt-Aufnahmefach verbunden ist. Das Kältemittel- Aufnahmefach wird mit Kohlendioxidschnee beladen, der eine Temperatur von -78°C aufweist. Der Kohlendioxidschnee nimmt in den Kühlbehälter eindringende Wärme auf und sublimiert dabei allmählich. Aufgrund einer geeigneten Einstellung der Wärmeübertragung zwischen den Fächern können die Produkte zuverlässig auf einer Temperatur von beispielsweise 0°C bis 5°C (für Frischware) oder -15°C bis - 25°C (Tiefkühlware) für mehr als 24 Stunden gehalten werden.
  • Zum Befüllen des Kältemittel-Aufnahmefachs eines solchen Kühlbehälters kommt eine in der EP 1 088 191 B1 beschriebene Fülleinrichtung zu Einsatz. Die Fülleinrichtung weist eine Füllpistole sowie eine mit dieser verbundene Versorgungseinheit auf. Die Füllpistole ist mit einer Entspannungsdüse ausgerüstet, die in eine Füllöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs eingeführt wird, sowie mit einer Abzugseinrichtung, die mit einer Gasabzugsöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs verbunden wird. Beim Befüllen wird flüssiges Kohlendioxid zugeführt, das beim Austritt aus der Entspannungsdüse unter starker Abkühlung entspannt, wobei sich ein Gemisch aus Kohlendioxidschnee und Kohlendioxidgas bildet. Während der Kohlendioxidschnee von einem gasdurchlässigen Filter im Kältemittel-Aufnahmefach zurückgehalten wird, gelangt das Gas durch den Filter in die Gasabzugsöffnung und wird von einer Abzugseinrichtung aus dem Arbeitsbereich entfernt. Weiterhin ist die Füllpistole mit Anschlussarmaturen ausgerüstet, mit denen die Füllpistole im wesentlichen gasdicht mit dem Kältemittel-aufnahmefach verbunden wird und die dafür sorgen, dass beim Füllvorgang möglichst kein Kohlendioxid in die Umgebung des Behälters entweicht. Da das Kohlendioxid mit hohem Druck zugeführt wird, ist die Füllpistole zudem mit Elektromagneten ausgestattet, die eine sichere Verbindung mit dem Kältemittel-Aufnahmefach herstellen. Ein in der Füllpistole angeordnetes Steuerventil, das die Zufuhr von Kohlendioxid regelt, kann erst geöffnet werden, wenn über gleichfalls in der Füllpistole angeordnete elektrische Detektoren eine korrekte Verbindung festgestellt wird. Die Versorgungseinheit umfasst Zu- und Ableitungen für das Kohlendioxid, eine mit dem Steuerventil, den Elektromagneten und den Detektoren elektrisch verbundene Steuereinheit sowie eine mechanische Haltevorrichtung, die es eine einhändige Bedienung der Füllpistole ermöglicht.
  • Ähnliche Systeme zum Befüllen von Kältemittel-Aufnahmefächern für Kühlbehälter mit Kohlendioxidschnee werden auch in der WO2012/107518 A1 , der WO 2007/036656 A1 , der WO 2007/042727 A1 , der EP 2 645 024 A1 und der EP 2 336 684 A1 beschrieben.
  • Die Füllpistolen der bekannten Systeme sind recht aufwändig im Aufbau. Dies hängt nicht zuletzt damit zusammen, dass das flüssige Kohlendioxid unter einem hohen Druck zugeführt wird, wodurch erhebliche Anforderungen an die Sicherheit und Dichtigkeit der der hergestellten Verbindung gestellt werden müssen. Weiterhin problematisch sind die beträchtlichen Temperaturschwankungen und damit verbundene Anlagerungen von Luftfeuchtigkeit und Wassereisbildungen, aufgrund dessen alle elektrischen Komponenten innerhalb der Füllpistole, beispielsweise elektrisch betätigte Ventile, Heizeinrichtungen, Elektromagnete, elektrische Sensoren, etc., aufwändig gesichert werden müssen. Zudem sind die elektrischen Komponenten dadurch gefährdet, dass es aufgrund der Reibung der erzeugten Kohlendioxidpartikel an den Wänden des Kältemittel-Aufnahmefachs zu beträchtlichen statischen Aufladungen kommen kann, wodurch Maßnahmen zum Absichern der elektrischen Komponenten in der Füllpistole gegen statische Elektrizität getroffen sein müssen. Schließlich sind die elektrischen Komponenten in der Füllpistole gegen mechanische Einwirkungen abzusichern, die im Betrieb der Vorrichtung nicht völlig auszuschließen sind, wie beispielsweise Stoßeinwirkungen durch die meist mit Rollen ausgerüsteten Kühlbehälter oder durch unachtsame Bedienung von Gabelstaplern oder Palettenliften. All dies hat zur Folge, dass die bekannten Füllpistolen ein hohes Eigengewicht besitzen und in der Regel nur mit Hilfe einer Kranhalterung zu bedienen sind, wodurch die Handhabung der Füllpistole erschwert und insbesondere auch die Bewegungsfreiheit für eine Bedienperson beschränkt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Füllsystem zum Befüllen eines einem Kühlbehälter zum Kühlen von Produkten zugeordneten Kältemittel-Aufnahmefachs mit Kohlendioxidschnee zu schaffen, das leicht zu bedienen und einfach in der Handhabung ist.
  • Gelöst ist diese Aufgabe durch die Merkmale des ersten Anspruchs.
  • Wesentlich für die Erfindung ist somit, dass die Füllpistole weder ein die Zuführung des flüssigen Kohlendioxids steuerndes Ventil noch elektrische Komponenten enthält, insbesondere weist die Füllpistole keine elektrischen Steuerungen, elektrische Sensoren oder Elektromagnete auf. Alle Ventile und elektrischen oder elektronischen Steuerelemente sind innerhalb der Versorgungseinheit angeordnet. Die Füllpistole ist daher sehr einfach im Aufbau und leicht im Gewicht. Dadurch wird die Bedienung der Füllvorrichtung wesentlich vereinfacht; insbesondere kann auf eine Krananordnung zum Halten der Füllpistole während der Befüllung verzichtet werden. Füllpistole und Versorgungseinheit sind nur über eine Kohlendioxid-Flüssigzuleitung, eine Gasabzugsleitung und gegebenenfalls einen oder mehrere Lichtwellenleitermiteinander verbunden, die jeweils in Form flexibler Leitungen ausgestaltet sind und somit einer Bedienperson eine große Bewegungsfreiheit verschaffen.
  • Die Füllpistole umfasst eine Entspannungsdüse, eine Absaugöffnung und gegebenenfalls nicht-elektrisch arbeitende Detektoren, die in einem gemeinsamen, bevorzugt aus einem leichten Material, beispielsweise aus einem Leichtmetall gefertigten Gehäuse angeordnet sind. Die Entspannungsdüse und die Absaugöffnung sind der Anordnung von Füllöffnung und Gasabzugsöffnung am jeweils zum Einsatz kommenden Kältemittel-Aufnahmefach angepasst. Beispielsweise sind Füllöffnung und Gasabzugsöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs beabstandet voneinander oder konzentrisch zueinander angeordnet, und demzufolge sind auch die zum Einsatz kommenden Entspannungsdüse und die Absaugöffnung beabstandet voneinander oder konzentrisch zueinander angeordnet. Die Füllpistole ist bevorzugt lösbar mit der Versorgungseinheit verbunden; soll mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Kältemittel-Aufnahmefach eines anderen Typs gefüllt werden, kann in einfacher Weise die Füllpistole von der Versorgungseinheit getrennt und durch eine entsprechend andere Füllpistole ersetzt werden. Hierzu ist lediglich erforderlich, Gasabzugsleitung, Kohlendioxid-Flüssigzuleitung und gegebenenfalls einen oder mehrere faseroptischer Leitungen von einem Mehrfachanschluss der Versorgungseinheit oder der Füllpistole zu trennen bzw. diese anzuschließen.
  • Die beispielsweise als Schrank ausgebildete Versorgungseinheit ist während des Füllvorgangs grundsätzlich ortsfest aufgestellt und beispielsweise an entsprechende Zu- und Ableitungen für Kohlendioxid eines Versorgungsnetzwerks am Standort angeschlossen. Dies schließt freilich nicht aus, dass die Versorgungseinheit während einer Betriebspause bewegt werden kann und zu diesem Zweck mit geeigneten Transporteinrichtungen, wie etwa Räder, ausgestattet sein kann.
  • Sowohl die Gasabzugsleitung als auch die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung sind erfindungsgemäß aus einem flexiblen Material gefertigt und besitzen bevorzugt eine Länge von 1m bis 3m oder darüber, um einer Bedienperson eine große Bewegungsfreiheit beim Anschließen des Kältemittel-Aufnahmefachs eines mobilen Kühlbehälters der eingangs genannten Art an die Fülleinrichtung zu ermöglichen.
  • Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Füllpistole mit einem Kältemittel-Aufnahmefach verbunden. Das Kältemittel-Aufnahmefach beinhaltet ein mit wenigstens einer Füllöffnung ausgerüstetes Schneeaufnahmefach und ein bevorzugt oberhalb des Schneeaufnahmefachs angeordnetes Gasabzugsfach, das mit einer Gasabzugsöffnung ausgerüstet ist. Schneeaufnahmefach und Gasabzugsfach sind durch einen gasdurchlässigen Filter voneinander getrennt. Beim Anschluss der Füllpistole wird die Entspannungsdüse in die Füllöffnung(en) des Kältemittel-Aufnahmefachs eingeführt, und die Abzugsöffnung überdeckt die Gasabzugsöffnung des Gasabzugsfachs. Um das Eindringen von Umgebungsluft zu vermeiden, sind dabei die Füllöffnung und/oder Gasabzugsöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs und/oder Entspannungsdüse und/oder Abzugsöffnung der Füllpistole mit geeigneten Dichtelementen ausgerüstet. Das Kohlendioxid wird im zumindest überwiegend flüssigen Zustand bei einem Druck oberhalb des Tripelpunktdrucks von Kohlendioxid (5,18 bar) an die Entspannungsdüse geführt und entspannt beim Austritt aus der Entspannungsdüse in das Schneeaufnahmefach auf Umgebungsdruck, wobei ein Gemisch aus Kohlendioxidgas und Kohlendioxidschnee gebildet wird. Während der Kohlendioxidschnee im Schneeaufnahmefach zurückgehalten wird, durchdringt das Kohlendioxidgas den gasdurchlässigen Filter und wird von der Absaugeinrichtung durch die Gasabzugsleitung abgezogen. Der von der Absaugeinrichtung erzeugte Unterdruck ist dabei so bemessen, dass die Füllpistole unter der Wirkung des Umgebungsdrucks an das Kältemittel-Aufnahmefach gepresst wird, wobei mittels der Dichtelemente eine gasdichte Verbindung hergestellt wird, die das Entweichen von Kohlendioxid in die Umgebung verhindert.
  • Um zu verhindern, dass zu Beginn eines Füllvorgangs flüssiges Kohlendioxid bereits im Abschnitt der Kohlendioxid-Flüssigzuleitung zwischen dem in der Versorgungseinheit angeordneten Steuerventil und der Füllpistole unter Bildung von Kohlendioxidschnee entspannt, wird die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung bevorzugt vor und nach dem Füllvorgang mit Kohlendioxidgas geflutet, das unter einem Druck oberhalb des Tripelpunktdrucks von Kohlendioxid zugeführt wird. Beispielsweise wird die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung vor der Zuführung von flüssigem Kohlendioxid für eine Zeitdauer von 0,5 bis 1s und nach dem Abstellen der Zufuhr von flüssigem Kohlendioxid für eine Zeitdauer von 0,5 bis 3s mit unter Druck stehendem Kohlendioxidgas geflutet. Das hierzu erforderliche Kohlendioxidgas wird zweckmäßigerweise in der Versorgungseinheit durch Verdampfen von flüssigem Kohlendioxid gewonnen.
  • Um unter Verzicht auf elektrische Komponenten innerhalb der Füllpistole das Bestehen einer sicheren Verbindung zwischen der Füllpistole und dem Kältemittel-Aufnahmefach anzeigen zu können, eignen sich beispielsweise mechanische Mittel, beispielsweise zueinander korrespondierend geformte Elemente an der Füllpistole und dem Kältemittel-Aufnahmefach. Erfindungsgemäß wird jedoch vorgesehen, dass die in der Versorgungseinheit angeordnete Steuer- und Kontrolleinheit mit einer fotoelektrischen Einheit zum Feststellen des Bestehens einer sicheren Verbindung ausgerüstet ist, die mit Lichtwellenleitern in der Füllpistole verbunden ist. Die fotoelektrische Einheit sendet und empfängt dabei optische Signale über die Lichtwellenleiter an einen bzw. von einem am Kältemittel-Aufnahmefachs angeordneten Reflektor. Elektrische Komponenten innerhalb der Füllpistole sind dabei nicht erforderlich.
  • Eine feste, jedoch lösbare Verbindung zwischen Füllpistole und Kältemittel-aufnahmefach wird im einfachsten Fall dadurch hergestellt, dass die Saugleistung der Absaugeinrichtung so eingestellt wird, dass die Füllpistole unter der Wirkung der Saugkraft an die Kältemittel-Aufnahmefach angepresst wird. Um die Sicherheit der Verbindung zu erhöhen ist es allerdings vorteilhaft, dass die Füllpistole und/oder das Kältemittel-Aufnahmefach wenigstens einen Permanentmagneten aufweist/aufweisen, der/die bei der Herstellung der Verbindung mit einem weiteren Permanentmagneten oder einer ferromagnetischen Fläche am Kältemittel-Aufnahmefach bzw. der Füllpistole zusammenwirkt/zusammenwirken. Zweckmäßigerweise ist die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung zumindest abschnittsweise, bevorzugt zumindest über die gesamte Strecke zwischen Füllpistole und Versorgungseinheit, innerhalb der Gasabzugsleitung angeordnet. Dadurch wird das durch die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung transportierte flüssige Kohlendioxid vom kaltem gasförmigem Kältemittel vorgekühlt, das im Gegenstrom durch die Abführleitung abgesaugt wird. Zudem erfordert eine innerhalb der Gasabzugsleitung angeordnete Kohlendioxid-Flüssigzuleitung keine thermischen Isolationen, wodurch die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung leichter und flexibler ausgeführt werden kann, was insgesamt die Handhabung der Füllpistole erleichtert. Im Übrigen kann das flüssige Kohlendioxid auch in einem in der Versorgungseinrichtung optional vorgesehenen Unterkühler auf eine Temperatur unterhalb seines Siedepunkts gebracht werden, um die Ausbeute an Kohlendioxidschnee zu erhöhen.
  • Die Gasabzugsleitung und/oder die Kohlendioxid-Flüssigleitung und/oder der bzw. die Lichtwellenleiter sind erfindungsgemäß aus einem flexiblen Material gefertigt. Um die Handhabung der Vorrichtung weiter zu erleichtern, ist/sind Gasabzugsleitung und/oder Kohlendioxid-Flüssigleitung und/oder Lichtwellenleiter vorzugsweise mit dreh- oder schwenkbar an der Füllpistole und/oder der Versorgungseinheit angelenkten Verbindungsmitteln, beispielsweise Drehflansche, befestigt.
  • Bevorzugt ist die Versorgungseinrichtung mit einer Pistolenaufnahme zum Aufnehmen der Füllpistole im Ruhemodus der Vorrichtung, d.h. vor und/oder nach einem Füllvorgang, ausgerüstet. Die Pistolenaufnahme umfasst bevorzugt Dichtmittel, mit denen die Füllpistole luftdicht angeschlossen werden kann. Im Ruhemodus wird die Füllpistole bevorzugt durch geeignete mechanische Haltemittel oder durch die Saugleistung der Absaugeinrichtung an der Pistolenaufnahme gehalten. Die Pistolenaufnahme ist dabei vorteilhafterweise mit einer Heizeinrichtung ausgerüstet, mittels der die Füllpistole nach einem Füllvorgang beheizt und dadurch die Bildung von Wassereis verhindert werden kann.
  • Eine ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der Versorgungseinrichtung ein in die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung integrierter und mit der Steuereinheit datenverbundener Phasendetektor vorgesehen ist. Der Phasendetektor ermöglicht es, den Anteil an gasförmigem Kohlendioxid im zugeführten flüssigen Kohlendioxid zu bestimmen. Hieraus wird in einer Steuer- und Kontrolleinheit laufend die Gesamtmenge des insgesamt zugeführten Kohlendioxids berechnet, und die Füllprozedur kann dementsprechend automatisch angepasst und das Steuerventil entsprechend angesteuert werden. Ein Beispiel eines solchen Phasendetektors wird in der EP 2 368 845 B1 beschrieben auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Die Füllpistole ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass die Entspannungsdüse und/oder die Detektormittel innerhalb der Absaugöffnung angeordnet ist/sind. Beispielsweise ist die Absaugeinrichtung als eine mit flexiblen Dichtelementen ausgerüstete Haube ausgebildet, die im Einsatz der Füllpistole derart auf das Kältemittel-Aufnahmefach aufgepresst wird, dass sie sowohl die Füllöffnung als auch die Gasaustrittsöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs überdeckt, während zugleich die innerhalb der Haube vorstehende Entspannungsdüse gasdicht mit der Füllöffnung des Kältemittel-Aufnahmefachs verbunden ist. Dadurch wird insbesondere die Anlagerung von Feuchtigkeit an die Entspannungsdüse während des Füllvorgangs verhindert. Im Übrigen sind auch mehrere innerhalb einer Absaugöffnung angeordnete Entspannungsdüsen denkbar.
  • Eine bevorzugte Entspannungsdüse ist mit zwei Düsenöffnungen ausgerüstet, die an einem im wesentlichen zylindrisch geformten Düsenkopf der Entspannungsdüse gegenläufig zueinander und quer zur Längserstreckung des Düsenkopfs austreten. Durch diese Anordnung heben sich die Impulsströme des aus den Düsenöffnungen austretenden Kohlendioxids zumindest weitgehend auf; insbesondere ergibt sich kein resultierender Impulsstrom in axialer Richtung, sodass auch bei einer Zufuhr des flüssigen Kohlendioxids bei einem Druck von 10bar und mehr keine oder nur eine vernachlässigbare rücktreibende Kraft auftritt, durch die die Entspannungsdüse aus der Füllöffnung hinausgedrückt wird. Dadurch können die Verbindungselemente zwischen Füllpistole und Kältemittel-Aufnahmefach wesentlich einfacher und schwächer ausgebildet sein, als bei Fülleinrichtungen nach den Stande der Technik erforderlich.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist ein Vorderabschnitt der Entspannungsdüse mit wenigstens zwei parallel zueinander angeordneten Düsenköpfen ausgerüstet, die während der Befüllung in das Innere des Kältemittel-Aufnahmefachs vorstehen und die jeweils wenigstens eine Düsenöffnung aufweisen, wobei die Düsenöffnungen der beiden Düsenköpfe genau aufeinander zu gerichtet sind, oder um einen jeweils gleichen Winkel um bis zu 30° von der Verbindungslinie der beiden Düsenöffnungen in Richtung auf den rückwärtigen Bereich geneigt angeordnet sind. Diese Anordnung trägt insbesondere zu einer homogenen Verteilung des Kohlendioxidschnees im Innern des Kältemittel-Aufnahmefachs bei. Die Düsenköpfe sind bevorzugt in einem Abstand zwischen 5 cm und 10 cm voneinander an der Entspannungsdüse angeordnet. Zum Anschließen eines solchen Düsenkopfs ist das Kältemittel-Aufnahmefach bevorzugt mit zwei separaten Füllöffnungen verbunden, die im Abstand der beiden Düsenköpfe angebracht sind. Auch eine Mehrzahl von an beiden Düsenköpfen angeordneten Düsenöffnungen ist vorstellbar, die so angeordnet sind, dass sich die Impulsströme des aus ihnen hervortretenden Kohlendioxids gegenseitig ganz oder weitgehend aufheben; wesentlich ist dabei, dass es zu keinem oder keinem starken Impulsstrom kommt, der die Düsenköpfe aus den Füllöffnungen herausdrängen könnte. In Fällen, in denen es am Kältemittel-Aufnahmefach beispielsweise aus Platzgründen nicht möglich ist, zwei Füllöffnungen im Abstand von 5 cm bis 10 cm vorzusehen, können die Düsenköpfe auch näher als 5 cm voneinander beabstandet sein, beispielsweise 1 cm bis 3 cm, sodass beide Düsenköpfe durch eine gemeinsame Füllöffnung im Kältemittel-Aufnahmefach eingeführt werden können.
  • Bevorzugt ist die Absaugeinrichtung so ausgelegt, das im Betrieb der Füllvorrichtung ein Unterdruck im Bereich des Kältemittel-Aufnahmefachs herstellbar ist, der ausreicht, um die Füllpistole am Kältemittel-Aufnahmefach zu halten.
  • Der Kühlbehälter kann im Übrigen auch ein Kältemittel-Aufnahmefach aufweisen, das in wenigstens zwei voneinander getrennte Teilfächer unterteilt ist, die jeweils über Wärmebrücken mit unterschiedlichem Wärmewiderstand mit einem Produktaufnahmefach des Kühlbehälters verbunden sind. Beispielsweise weist eines der Teilfächer eine sehr gute Wärmeleitung, das andere Teilfach dagegen eine schlechtere Wärmeleitung zum Produkt-Aufnahmefach auf. Wird nur das Teilfach mit der guten Wärmeleitung mit Kohlendioxid befüllt, werden die Produkte für eine kürzere Zeit auf eine tiefere Temperatur gekühlt. Wird dagegen das Teilfach mit der schlechteren Wärmeleitung befüllt, erfolgt eine Kühlung der Produkte auf eine weniger niedrige Temperatur, die jedoch für einen längeren Zeitraum anhält. Die einzelnen Teilfächer weisen dabei jeweils getrennte Füllöffnungen und Gasaustrittsöffnungen auf.
  • Anhand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden. In schematischer Ansicht zeigen:
    • Fig. 1:
    Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Füllpistole und Versorgungseinheit,
    Fig. 2:
    Einen Kühlbehälter mit einem zu füllenden Kältemittel-Aufnahmefach mit der Füllpistole aus Fig. 1 in einer seitlich aufgeschnittenen Ansicht,
    Fig. 3:
    Die Füllpistole aus Fig. 1 und 2 in einer vergrößerten Schnittansicht von unten.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Füllvorrichtung 1 umfasst eine unten näher beschriebene Füllpistole 2, die an eine Versorgungseinheit 3 angeschlossen ist.
  • Die Versorgungseinheit 3 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als mobiler Schrank ausgebildet und besitzt ein festes Gehäuse 4. Eine druckfeste und thermisch isolierte Zuleitung 5 für flüssiges Kohlendioxid, die an eine hier nicht gezeigte Quelle für flüssiges Kohlendioxid angeschlossen ist, beispielsweise einem Tank, in dem das flüssige Kohlendioxid bei einem Druck von 20 bar und einer Temperatur von ca. minus 20°C bevorratet wird, ist durch das Gehäuse 4 der Versorgungseinheit 3 geführt und mündet an einem Mehrfachanschluss 6. Stromauf zum Mehrfachanschluss 6 ist innerhalb des Gehäuses 4 ein elektrisch ansteuerbares Steuerventil 7 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist weiterhin ein Phasendetektor 8 vorgesehen, der die Anteile von Gasphase und flüssiger Phase des durch die Zuleitung 5 strömenden Kohlendioxids erfasst. Optional kann des Weiteren in der Zuleitung 5 eine hier nicht gezeigte Einrichtung zur Phasentrennung vorgesehen sein, mit der sichergestellt wird, das das zum Mehrfachanschluss 6 geführte Kohlendioxid einen größtmöglichen Anteil an flüssiger Phase enthält.
  • Am Mehrfachanschluss 6 mündet zudem eine Ableitung 9 für gasförmiges Kohlendioxid aus, in der eine elektrische Saugpumpe 10 angeordnet ist. Die Ableitung 9 ist in hier nicht gezeigter Weise entweder mit einer Einrichtung zur Wiederaufbereitung oder mit einer ins Freie führenden Abluftleitung verbunden. Ableitung 9 und Zuleitung 5 können über einen hier nicht gezeigten Wärmetauscher thermisch miteinander verbunden sein, mittels dessen das durch die Zuleitung 5 geführte flüssige Kohlendioxid mit dem durch die Ableitung 9 geführten Kohlendioxidgas vorgekühlt werden kann.
  • Von der Zuleitung 5 geht eine Zweigleitung 11 ab, in der ein Verdampfer 12 zum Verdampfen von flüssigem Kohlendioxid sowie ein Steuerventil 13 angeordnet ist. Zweigleitung 11, Verdampfer 12 und Steuerventil 13 sind innerhalb des Gehäuses 4 der Versorgungseinheit 3 angeordnet.
  • Im Gehäuse 4 der Versorgungseinheit 3 ist des Weiteren eine Pistolenaufnahme 14 angeordnet, in die die Füllpistole 2 in einer Ruhephase vor oder nach einem Füllvorgang eingeführt werden kann. In der Pistolenaufnahme 14 ist eine elektrische Heizeinrichtung 15 zur Beheizung der eingeführten Füllpistole 2 vorgesehen.
  • Weiterhin ist innerhalb des Gehäuses 4 eine fotoelektrische Einheit 16 vorgesehen, die über zwei Lichtwellenleiter 17 (von denen hier nur einer gezeigt ist) mit einem optischen Anschluss am Mehrfachanschluss 6 verbunden ist. Die fotoelektrische Einheit 16 ist in einer Steuer- und Kontrolleinheit 18 integriert, mit der auch die Steuerventile 7, 13, der Phasendetektor 8, die Saugpumpe 10, die Heizeinrichtungen 15 und der Verdampfer 12 in Datenverbindung stehen. Die Steuer- und Kontrolleinheit 18 dient dazu, den Befüllvorgang in der unten näher beschriebenen Weise zu steuern.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Versorgungseinheit mit Rädern 19 ausgerüstet, die einen Transport der Versorgungseinheit 3 innerhalb des Standortes erleichtern sollen; während des üblichen Betriebs ist die Versorgungseinheit 3 jedoch fixiert und wird während eines Füllvorgangs grundsätzlich nicht bewegt. Anstelle der hier gezeigten mobile Form kann die Versorgungseinheit jedoch auch fest am Standort installiert sein.
  • Die anhand der Fig. 2 und 3 näher erläuterte Füllpistole 2 dient zum Befüllen eines (in Fig. 3 nur ausschnittsweise dargestellten) Kältemittel-Aufnahmefachs 20 eines Kühlbehälters 21. Der mit thermisch gut isolierten Wänden 22 ausgerüstete Kühlbehälter 21 umfasst ein hier nur ausschnittsweise dargestelltes Produktaufnahmefach 23 oder mehrere Fächer zum Aufnehmen von zu kühlenden Produkten sowie einen Einsatz 24 zum Einschieben des im Ausführungsbeispiel als Schublade ausgebildeten Kältemittel-Aufnahmefachs 20. Frontseitig ist am Kühlbehälter 21 eine Türöffnung 25 vorgesehen, die den Zugang zum Produktaufnahmefach 23 und dem Kältemittel-Aufnahmefach 20 ermöglicht und die mit einer hier nicht gezeigten Türe verschlossen werden kann.
  • Das Kältemittel-Aufnahmefach 20 besitzt an seiner Frontseite 26 zwei jeweils mit einem Dichtring 27 ausgerüstete Füllöffnungen 28, 29 für flüssiges Kohlendioxid sowie eine Gasaustrittsöffnung 30 für gasförmiges Kohlendioxid. Im Ausführungsbeispiel sind die Füllöffnungen 28, 29 im Abstand von 5 bis 10 cm horizontal nebeneinander angeordnet. Die Gasaustrittsöffnung 30 ist oberhalb der Füllöffnungen 28, 29, beispielsweise 1 bis 4 cm vertikal von diesen beabstandet angeordnet. Innerhalb des Kältemittel-Aufnahmefachs 20 erstreckt sich ein (unteres) Schneeaufnahmefach 31 und ein (oberes) Gasabzugsfach 32, die durch einen gasdurchlässigen Filter 33 derart voneinander getrennt sind, dass die Gasaustrittsöffnung 30 in das Gasabzugsfach 32 und die Füllöffnungen 28, 29 in das Schneeaufnahmefach 31 einmündet. Der Filter 33 erstreckt sich dabei bevorzugt über die ganze Breite des Kältemittel-Aufnahmefachs 20, um im Betrieb der Vorrichtung 1 eine möglichst große Fläche für den Durchtritt von Kohlendioxidgas zu schaffen. Auf der Frontseite 26 des Kältemittel-Aufnahmefachs 20 sind in unmittelbarer Nähe der Füllöffnungen 28, 29 und der Gasaustrittsöffnung 30 zwei Reflektoren 24, 35 angeordnet. Bei den Reflektoren 34, 35 handelt es sich beispielsweise um eine in einer bestimmten Farbe eingefärbte Fläche. Ebenfalls in Nähe der Öffnungen 28, 29 - im Ausführungsbeispiel unterhalb der Füllöffnungen 28 - ist ein ferromagnetisches Element, beispielweise ein Eisenblech 36 angeordnet.
  • Die Füllpistole 2 umfasst ein Gehäuse 37 aus einem leichten, jedoch tieftemperaturfesten Material, beispielsweise Kunststoff, einem Leichtmetall oder einem Kompositmaterial, das eine Mündungsöffnung 38 und eine Anschlussöffnung 39 aufweist. Die mit einem rundumlaufenden Dichtelement 40, beispielsweise einer Dichtlippe aus einem flexiblen, jedoch tieftemperaturbeständigen Material, ausgerüstete Mündungsöffnung 38 ist so dimensioniert, dass sie beim Anschließen der Füllpistole 2 an das Kältemittel-Aufnahmefach 23 sowohl die Füllöffnungen 28, 29 als auch die Gasaustrittöffnung 29 des Kältemittel-Aufnahmefachs 20 überdeckt. Die Anschlussöffnung 39 des Gehäuses 37 dient zum gasdichten Anschließen einer flexiblen Gasabzugsleitung 41, bei der es sich beispielsweise um einen Wellschlauch aus einem tieftemperaturfesten Material handelt. Weiterhin ist am Gehäuse 37 ein Handgriff 42 angeordnet.
  • Die Füllpistole 2 umfasst des Weiteren eine Entspannungsdüse 45 zum Zuführen von flüssigem Kohlendioxid. Die Entspannungsdüse 45 ist mit zwei Düsenköpfen 46, 47 ausgerüstet, die von einem T-förmig verlaufenden Vorderabschnitt 48 der Entspannungsdüse 45 parallel zueinander mit einem Abstand voneinander vorstehen, der dem Abstand der beiden Füllöffnungen 28, 29 entspricht. Dieser Abstand beträgt beispielsweise zwischen 1 cm und 10 cm. Die Düsenköpfe 46, 47 sind im Ausführungsbeispiel mit jeweils einer Düsenöffnung 49, 50 ausgerüstet, die mit einem Winkel von jeweils bis zu 30° gegenüber der Verbindungsachse der beiden Düsenöffnungen 49, 50 in Richtung zum Vorderabschnitt 48 geneigt sind. Bevorzugt weisen die Düsenöffnungen 49, 50 direkt aufeinander zu. Bei bestimmungsgemäß aufgesetzter Füllpistole 2 sind die Düsenköpfe 46, 47 jeweils in die Füllöffnungen 28, 29 eingeschoben und stehen im Innern des Schneeaufnahmefachs 31 derart vor, dass die Düsenöffnungen 49, 50 jeweils um 5 cm bis 10 cm von der Innenwand der Frontseite 26 beabstandet sind. Auf ihrer von den Düsenköpfen 46, 47 entgegengesetzten Hinterabschnitt 51 ist die Entspannungsdüse 45 an eine flexible und druckfeste Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 53 angeschlossen. Die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 53 ist innerhalb der Gasabzugsleitung 41 aufgenommen und stellt am Mehrfachanschluss 6 eine Strömungsverbindung mit der Zuleitung 5 her. Der Mehrfachanschluss 6 umfasst dazu beispielsweise einen Anschlussstutzen, an dem die Gasabzugsleitung 41 fest, jedoch lösbar verbunden ist. Innerhalb dieses Anschlussstutzens ist ein mit der Zuleitung 5 verbundener CO2-Flüssiganschluss angeordnet, an dem die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung fest, jedoch gleichfalls lösbar befestigt ist.
  • Weiterhin ist die Füllpistole 2 mit einer oder mehreren, im Ausführungsbeispiel mit zwei, Lichtwellenleitern 54, 55 ausgerüstet, die innerhalb der Mündungsöffnung 38 des Gehäuses 37 mit jeweils einem Leiterkopf 56, 57 enden. Die Lichtwellenleiter 54, 55 sind durch das Gehäuse 37 und die Gasabzugsleitung 41 hindurchgeführt und an einer im Mehrfachanschluss 6 angeordneten Verbindungsanschluss mit jeweils einem der Lichtwellenleiter 17 optisch verbunden. Die Lichtwellenleiter 54, 55,17 sind in an sich bekannter Weise aufgebaut und weisen jeweils einen Lichtfaser für emittiertes Licht und einen Lichtwellenleiter für reflektiertes Licht auf, wobei die entsprechenden lichtemittierenden und lichtempfangenden Einheiten in der fotoelektrischen Einheit 16 angeordnet sind.
  • Weiterhin ist ein Permanentmagnet 58 derart am Gehäuse 37 innerhalb der Mündungsöffnung 27 montiert, dass er beim Aufsetzen der Füllpistole auf das Kältemittel-Aufnahmefach 20 mit dem Eisenblech 36 zusammenwirkt.
  • Im Betrieb weist die Vorrichtung 1 zwei Betriebsmodi auf, einen Ruhemodus und einen Füllmodus. Im Ruhemodus ist die Füllpistole 2 in der Pistolenaufnahme 14 der Versorgungseinheit 3 aufgenommen, wobei das Dichtelement 40 einen zumindest weitgehenden Luftabschluss herstellt. Die Steuerventile 7, 13 sind geschlossen. Die Saugpumpe 10 sorgt für einen von der Steuer- und Kontrolleinheit 18 kontrollierten, moderaten Unterdruck, der einerseits ausreicht, um die Füllpistole 2 in der Pistolenaufnahme 14 zu halten, andererseits jedoch manuell leicht zu überwinden ist, um die Füllpistole 2 aus der Pistolenaufnahme 14 entnehmen zu können. Im Übrigen kann auch innerhalb der Pistolenaufnahme 14 ein - hier nicht gezeigtes - ferromagnetisches Element angeordnet sein, das bei eingeschobener Füllpistole 2 mit dem Permanentmagneten 58 zusammenwirkt. Sofern die Entspannungsdüse 45 aufgrund eines vorhergehenden Einsatzes eine tiefe Temperatur aufweist, wird sie mittels der Heizeinrichtung 15 beheizt, um die Anlagerung von Feuchtigkeit auf der Oberfläche der Entspannungsdüse 45 zu verhindern.
  • Im Füllmodus wird vor der Befüllung eines Kältemittel-Aufnahmefachs 20 zunächst die Füllpistole 2 aus der Pistolenaufnahme 14 entnommen und derart auf die Frontseite 26 des Kältemittel-Aufnahmefachs 20 aufgesetzt, dass die Düsenköpfe 46, 47 in die jeweiligen Füllöffnungen 28, 29 eingeführt werden und die Mündungsöffnung 38 der Füllpistole 2 die Gasaustrittsöffnung 30 überdeckt. Dabei sorgt das Dichtelement 40 für eine zumindest weitgehend gasdichte Verbindung zwischen Füllpistole 2 und der Frontseite 26 des Kältemittel-Aufnahmefachs 20. Durch die Wirkung der Saugpumpe 10 wird im Innern des Kältemittel-Aufnahmefachs 20 und damit auch im Innern des Gehäuses 37 der Füllpistole 2 ein Unterdruck erzeugt, der ausreicht, um die Füllpistole 2 am Kältemittel-Aufnahmefach 20 zu halten. Eine magnetische Verbindung zwischen Permanentmagnet 58 und Eisenblech 36 sorgt für eine zusätzliche Sicherung.
  • Um sicherzustellen, dass die Füllpistole 2 korrekt aufgesetzt wurde, werden von einem Emitter der fotoelektrischen Einheit 16 optische Signale durch die Lichtwellenleiter 17, 54 geleitet, die an dem Reflektor 34 reflektiert werden. Die reflektierten optischen Signale gelangen durch die Lichtwellenleiter 54, 17 zurück zu einem Detektor der fotoelektrischen Einheit 16, wo sie erfasst und in der Steuer- und Kontrolleinheit 18 ausgewertet werden. Erkennt die Steuer- und Kontrolleinheit 18 eine korrekte Position der Füllpistole, werden die Steuerventile 7, 13 zur manuellen Betätigung freigegeben.
  • Der Lichtwellenleiter 55 wird dazu eingesetzt, den jeweiligen Typ des Kältemittel-Aufnahmefachs 20 festzustellen. Hierzu ist der Reflektor 35 spezifisch für einen bestimmten Typ von Kältemittel-Aufnahmefächern 20 ausgebildet und besitzt typenspezifische Reflexionseigenschaften, die entsprechend zu unterschiedlichen, an die Steuer- und Kontrolleinheit 18 übermittelten Reflexionssignalen führen. Hieraus bestimmt die Steuer- und Kontrolleinheit 18 den Typ des Kältemittel-Aufnahmefachs und leitet eine dem Typ des Kältemittel-Aufnahmefachs 20 entsprechende Füllprozedur ein.
  • Anschließend wird aufgrund eines manuell in die Steuer- und Kontrolleinheit 18 eingegebenen Befehls der Füllvorgang in Gang gesetzt. Dazu wird zunächst die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 mit gasförmigem Kohlendioxid geflutet, indem das Steuerventil 13 geöffnet und der Verdampfer 12 in Gang gesetzt wird. Dadurch wird flüssiges Kohlendioxid aus der Zuleitung 5 im Verdampfer 12 verdampft und strömt in die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 ein. Die Flutung dient dazu, in der Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 einen Druck über dem Tripelpunktdruck von 5,18 bar zu erzeugen, um zu verhindern, dass flüssiges Kohlendioxid beim Eintritt in die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 entspannt und der dabei erzeugte Kohlendioxidschnee die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 verstopft.
  • Nach einer vorgegebenen Zeitdauer von beispielsweise 0,5s bis 1s, oder nachdem die Steuer- und Kontrolleinheit 18 einen hinreichenden Druck in der Kohlendioxid-Zuleitung 52 detektiert hat, wird das Steuerventil 13 geschlossen und der Verdampfer 12 abgeschaltet. Sodann wird das Steuerventil 7 geöffnet, und flüssiges Kohlendioxid strömt mit einem Druck von beispielsweise 10 bar bis 20 bar über die Zuleitung 5 und die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 zur Entspannungsdüse 45, wo es an den Düsenöffnungen 49, 50 in das Schneeaufnahmefach 31 eintritt. Die Steuer- und Kontrolleinheit 18 regelt dabei insbesondere die Zufuhr von flüssigem Kohlendioxid in Abhängigkeit von einem am Phasendetektor 8 ermittelten Gasphasenanteil sowie die Saugstärke der Saugpumpe 10 in Abhängigkeit von einem in der Ableitung 9, stromauf zur Saugpumpe 10, mittels hier nicht gezeigter Detektoren ermittelten Drucks.
  • Beim Eintritt in das Schneeaufnahmefach 31 entspannt das flüssige Kohlendioxid und geht in ein Gemisch aus Kohlendioxidschnee und Kohlendioxidgas über. Während der Kohlendioxidschnee im Schneeaufnahmefach 31 zurückgehalten wird, gelangt das bei der Entspannung entstehende Kohlendioxidgas durch den gasdurchlässigen Filter 33 hindurch in das Gasabzugsfach 32 und wird mittels der Saugpumpe 10 über Gasabzugsleitung 41 und die Ableitung 9 abgezogen. Die Anordnung der Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 innerhalb der Gasabzugsleitung 41 dient dazu, das flüssige Kohlendioxid vorzukühlen und damit die Effizienz des Füllvorgangs zu erhöhen. Nach einer von einem in der Steuer- und Kontrolleinheit 18 vorliegenden Programm vorgegeben Zeitdauer wird der Verdampfer 12 angestellt und das Steuerventil 13 geöffnet. Anschließend wird das Steuerventil 7 geschlossen. Dadurch strömt Kohlendioxidgas in die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 ein und verhindert, dass noch in der Kohlendioxid-Zuleitung 52 befindliches flüssiges Kohlendioxid unter Bildung von Kohlendioxidschnee entspannt und die Kohlendioxid-Zuleitung 52 verstopft. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer von beispielsweise 1 s bis 3 s wird das Steuerventil 13 geschlossen.
  • Aufgrund der gegenläufigen Anordnung der Düsenöffnungen 49, 50 wird im Betrieb der Vorrichtung 1 beim Austritt des flüssigen Kohlendioxids aus den Düsenöffnungen 49, 50 in das Kältemittel-Aufnahmefach 20 und seiner anschließenden Entspannung kein oder nur ein geringer resultierender Impulsstrom in axialer Richtung erzeugt, der die Düsenköpfe 46, 47 aus den jeweiligen Füllöffnung 28, 29 hinausdrängen könnte. Die gegeneinander gerichteten Ströme des aus den Düsenöffnungen 49 und 50 austretenden Kohlendioxids prallen aufeinander und sorgen so für eine turbulente Strömung innerhalb des Schneeaufnahmefachs 31, die zu einer gleichmäßigen Verteilung des erzeugten Kohlendioxidschnees im Schneeaufnahmefach 31 beiträgt.
  • Die Füllpistole 2 besitzt in ihrem Innern keinerlei elektrische Komponenten und hat insbesondere dadurch ein geringes Eigengewicht von beispielsweise weniger als 1 kg. Aufgrund des geringen Gewichts reicht der von der Saugpumpe 10 im Kältemittel-Aufnahmefach 20 erzeugte Unterdruck in der Regel aus, um die Füllpistole 2 während der Befüllung am Kältemittel-Aufnahmefach 20 zu halten. Der leichte Aufbau der Füllpistole 2 ermöglicht zudem den Verzicht auf aufwändige Krananordnungen zum Halten der Füllpistole während der Füllprozedur.
  • Die Füllpistole 2 wird manuell durch eine Bedienperson am Handgriff 42 bewegt und bedient. Aufgrund der manuellen Bedienung werden die flexible Teile der Gasabzugsleitung 41 oder der Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 oder der Lichtwellenleiter 54, 55 mitunter einer starken Beanspruchung durch Verbiegen und Verdrehen ausgesetzt. Um diese Beanspruchung minimieren und die Bedienungsfreundlichkeit der Vorrichtung 1 noch weiter zu verbessern, sind die Gasabzugsleitung 41, der Kohlendioxid-Flüssigzuleitung 52 und der Lichtwellenleiter 54, 55 am Mehrfachanschluss 6 und/oder im Bereich der Anschlussöffnung 39 jeweils mit einem gegenüber dem Mehrfachanschluss 6 bzw. der Füllpistole 2 dreh- oder schwenkbar gelagerten Anschlussteil (hier nicht gezeigt) ausgerüstet. Bezugszeichenliste
    1 Vorrichtung 30 Gasaustrittsöffnung
    2 Füllpistole 31 Schneeaufnahmefach
    3 Versorgungseinheit 32 Gasabzugsfach
    4 Gehäuse 33 Filter
    5 Zuleitung 34 Reflektor
    6 Mehrfachanschluss 35 Reflektor
    7 Steuerventil 36 Eisenblech
    8 Phasendetektor 37 Gehäuse
    9 Ableitung 38 Mündungsöffnung
    10 Saugpumpe 39 Anschlussöffnung
    11 Zweigleitung 40 Dichtelement
    12 Verdampfer 41 Gasabzugsleitung
    13 Steuerventil 42 Handgriff
    14 Pistolenaufnahme 43 -
    15 Heizeinrichtung 44 -
    16 Fotoelektrische Einheit 45 Entspannungsdüse
    17 Lichtwellenleiter 46 Düsenkopf
    18 Steuer- und Kontrolleinheit 47 Düsenkopf
    19 Rad 48 Vorderabschnitt
    20 Kältemittel-Aufnahmefach 49 Düsenöffnung
    21 Kühlbehälter 50 Düsenöffnung
    22 Wände 51 Hinterabschnitt
    23 Produktaufnahmefach 52 Kohlendioxid-Flüssigzuleitung
    24 Einsatz 53 -
    25 Türöffnung 54 Lichtwellenleiter
    26 Frontseite 55 Lichtwellenleiter
    27 Dichtring 56 Leiterkopf
    28 Füllöffnung 57 Leiterkopf
    29 Füllöffnung 58 Permanentmagnet

Claims (13)

  1. Füllvorrichtung zum Befüllen eines einem Kühlbehälter (21) zum Kühlen von Produkten zugeordneten Kältemittel-Aufnahmefachs (20) mit Kohlendioxidschnee, mit einer Versorgungseinheit (3) und einer an die Versorgungseinheit (3) koppelbaren Füllpistole (2), wobei die Füllpistole (2) eine mit wenigstens einer Füllöffnung (28, 29) des Kältemittel-Aufnahmefachs (20) verbindbare Entspannungsdüse (45) zum Zuführen von flüssigem Kohlendioxid und eine mit einer Gasaustrittsöffnung (30) des Kältemittel-Aufnahmefachs (20) verbindbare Absaugöffnung (38) zum Abführen von gasförmigem Kohlendioxid aufweist und mit der Versorgungseinheit (3) über eine mit der wenigstens einen Füllöffnung (28, 29) strömungsverbundene Kohlendioxid-Flüssigzuleitung (52) und eine mit der Absaugöffnung (38) strömungsverbundene Gasabzugsleitung (41) verbunden ist, und mit einem Steuerventil (7) zum Regeln der Zufuhr von flüssigem Kohlendioxid in die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung (52), einer Absaugeinrichtung (10) zum Absaugen von gasförmigem Kohlendioxid aus der Gasabzugsleitung (41) und einer Steuer- und Kontrolleinheit (18) zum Steuern des Füllvorgangs, wobei Kohlendioxid-Flüssigzuleitung (52) und Gasabzugsleitung (41) aus einem flexiblen Material gefertigt sind, wobei das Steuerventil (7), die Absaugeinrichtung (10) und die Steuer- und Kontrolleinheit (18) in der Versorgungseinheit (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Kontrolleinheit (18) mit einer fotoelektrischen Einheit (16) zum Feststellen des Bestehens einer sicheren Verbindung ausgerüstet ist, die über Lichtwellenleiter (54, 55) mit der Füllpistole (2) verbunden ist.
  2. Füllvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllpistole (2) und/oder das Kältemittel-Aufnahmefach (20) Verbindungsmittel zum festen, aber lösbaren Verbinden mit dem Kältemittel-Aufnahmefach (20) aufweist/aufweisen, die wenigstens einen Permanentmagneten (58) umfassen.
  3. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung (5, 52) zumindest abschnittsweise innerhalb der Gasabzugsleitung (41) angeordnet ist.
  4. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasabzugsleitung (41) und/oder die Kohlendioxid-Flüssigleitung (52) und/oder die Lichtwellenleiter (54, 55) aus einem flexiblen Material gefertigt und dreh- oder schwenkbar an der Füllpistole (2) und/oder der Versorgungseinheit (3) befestigt ist/sind.
  5. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (3) mit einem Verdampfer (12) zum Verdampfen von flüssigem Kohlendioxid ausgerüstet ist, der in einer mit der Kohlendioxid-Flüssigzuleitung (52) verbindbaren Gaszuleitung (11) angeordnet ist.
  6. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtung (3) mit einer Pistolenaufnahme (14) zum Aufnehmen der Füllpistole (2) ausgerüstet ist.
  7. Füllvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pistolenaufnahme (14) mit einer Heizeinrichtung (15) ausgerüstet ist.
  8. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Versorgungseinrichtung (3) ein in die Kohlendioxid-Flüssigzuleitung (5, 52) integrierter und mit der Steuer- und Kontrolleinheit (18) datenverbundener Phasendetektor (8) vorgesehen ist.
  9. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsdüse (45) und/oder die Detektormittel (54, 55) innerhalb der Absaugöffnung (38) der Füllpistole (2) angeordnet ist/sind.
  10. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsdüse (45) mit wenigstens zwei Düsenöffnungen (49, 50) ausgerüstet ist, die an einem Düsenkopf der Entspannungsdüse (45) gegenläufig zueinander und senkrecht zur Längserstreckung des Düsenkopfes (45) austreten.
  11. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entspannungsdüse (45) mit zwei im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Düsenköpfen (46, 47) mit jeweils mindestens einer Düsenöffnung (49, 50) ausgerüstet ist, wobei die Düsenöffnungen (49, 50) der beiden Düsenköpfe (46, 47) jeweils aufeinander zu gerichtet sind.
  12. Füllvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenköpfe (46, 47) in einem Abstand zwischen 1 cm und 10 cm voneinander angeordnet sind.
  13. Füllvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinrichtung (10) so ausgelegt ist, das im Betrieb der Füllvorrichtung ein Unterdruck im Bereich des Kältemittel-Aufnahmefachs (20) herstellbar ist, der ausreicht, um während eines Füllvorgangs die Füllpistole (2) am Kältemittel-Aufnahmefach (20) zu halten.
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