WO2007090505A1 - Vorrichtung und verfahren zum gefrieren von produkten unter nutzung von entspannungskälte - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum gefrieren von produkten unter nutzung von entspannungskälte Download PDF

Info

Publication number
WO2007090505A1
WO2007090505A1 PCT/EP2007/000340 EP2007000340W WO2007090505A1 WO 2007090505 A1 WO2007090505 A1 WO 2007090505A1 EP 2007000340 W EP2007000340 W EP 2007000340W WO 2007090505 A1 WO2007090505 A1 WO 2007090505A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust gas
products
cooling medium
cooled
compressor
Prior art date
Application number
PCT/EP2007/000340
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Adler
Markus Mayer
Original Assignee
Linde Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Linde Aktiengesellschaft filed Critical Linde Aktiengesellschaft
Publication of WO2007090505A1 publication Critical patent/WO2007090505A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
    • 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
    • F25D3/11—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 present invention relates to a device for cooling products with a space for receiving the products to be cooled and a feed for cooling medium, which is in communication with a reservoir for cooling medium and in which a relaxation device is interposed, and an exhaust gas outlet from the space at the the heated cooling medium emerges. Furthermore, the present invention relates to a method for cooling products in a device in which the products to be cooled are introduced into a space and a cooling medium is removed from a reservoir for cooling medium and is supplied via a supply for cooling medium to the space, wherein the cooling medium This path passes a relaxation device in which it is relaxed, and receives the cooling medium in the room heat from the products to be cooled and heated from the room at an exhaust gas outlet is discharged as exhaust gas.
  • cooling tunnels for example, cooling tunnels, spiral freezers, but also freezer cabinets can be cited, in which products are cooled by contact with cryogenic gases. Frequently, cryogenic gases in the liquid and / or gaseous state are used for this purpose. Very well known is the use of liquid nitrogen or liquid carbon dioxide.
  • the object of the present invention is to provide an apparatus and a method which has an improved energy yield of the cooling medium compared to the prior art.
  • the stated object is achieved in that in the region of the exhaust outlet, a removal point for at least a partial flow of the exhaust gas is provided, which is connected to an exhaust pipe, which is a connection to the input side of a compressor to which the (partial) flow of the exhaust gas and whose exit side is connected to the supply of cooling medium via a line for compressed gas, at an injection point which lies upstream of the expansion device.
  • a first heat exchanger is interposed, in which the cooling medium absorbs heat from the space for receiving the products to be cooled.
  • the compressor is preferably followed by a cooler, in particular an air cooler, which cools the (partial) flow of the exhaust gas.
  • the compressor and optionally also the cooler, a second heat exchanger downstream, in which the (partial) flow of the exhaust gas is further cooled.
  • a cycle compressor is provided as a compressor.
  • a turbine is provided as a relaxation device.
  • a device for tapping the shaft power of Enstschreibseinrichung, which is in operative connection with the drive of the compressor, whereby the compressor can be driven and so a particularly energy-efficient design is achieved.
  • a turbine is provided which is designed suitable for adiabatic relaxation.
  • a transport device through which the products to be cooled are transported through the space for receiving the products to be cooled.
  • This is e.g. for a cooling tunnel or a spiral freezer a known configuration.
  • the products are in this case transported from a feed side to an output side of the cooling device and thereby brought to the desired low temperature during the movement.
  • Ent fortunestelle is branched off in the region of the exhaust outlet at least a partial flow of the exhaust gas and is supplied via an exhaust pipe to the input side of a compressor in which the (partial) flow of the exhaust gas is compressed and then from the outlet side of the compressor via a line for compressed gas of the feed for cooling medium is supplied to an injection point, which is upstream of the expansion device and from which the compressed exhaust gas is fed to the expansion device is adiabatically relaxed in this and the space is supplied to receive the products to be cooled.
  • the cooling medium withdrawn from the cooling medium reservoir at a first higher pressure (e.g., 3.5 bar) is removed from e.g. fed to a turbine as a relaxation device and there adiabatically relaxed to ambient pressure.
  • the temperature of the cooling medium thereby decreases.
  • the resulting cold gas stream is introduced into the space for receiving the products to be cooled, e.g. the interior of a cryogenic cooling tunnel, fed and used there to cool the products.
  • the heated gas is discharged from the space at an exhaust gas outlet as exhaust gas, wherein at least a partial flow of the exhaust gas of e.g. 1 bar on e.g. 3.5 bar is compressed in the compressor.
  • the exhaust gas heats up.
  • the subsequent adiabatic relaxation creates cold, which is also available for the cooling of the products to be cooled.
  • the cooling medium by a in the feed upstream of the injection site passed intermediate first heat exchanger and thereby absorbs heat from the space for receiving the products to be cooled.
  • an air cooler is used.
  • the exhaust gas after it has passed through the compressor, and optionally the cooler is fed to a second heat exchanger in which it is cooled.
  • a particularly cold and highly pressurized (partial) flow at the injection point upstream of the turbine can be fed to the main flow of the cooling medium and expanded in the turbine, whereby a particularly high additional cooling capacity is available for the cooling process.
  • a device for tapping the shaft power of the expansion device is used, which transmits at least part of the shaft power to the drive of the compressor and thus drives the compressor.
  • This embodiment is particularly energy efficient and thus particularly advantageous.
  • the cooling medium and / or the exhaust gas is adiabatically expanded in the expansion device.
  • the products to be cooled are moved through the space for receiving the products to be cooled. This enables a favorable throughput of products and automatic loading of the device.
  • a cryogenic gas in particular an inert cryogenic gas, is preferably used as the cooling medium.
  • cryogenic gas examples include liquid nitrogen and / or liquid carbon dioxide and / or liquid noble gases.
  • the present invention is of particular interest for sensitive products to be cooled, such as food or pharmaceuticals.
  • the invention has a whole series of other advantages: There are no expensive and costly modifications to existing systems required.
  • the additional parts of the invention can be easily integrated into an existing plant according to the prior art due to their compact design.
  • the additional required parts can as
  • Standard components are designed that are inexpensive and easy to procure. Especially the nitrogen air coolers are already available in the automotive industry.
  • the cooling capacity increases significantly, for example, for a running with liquid nitrogen cooling tunnel by about 34%.
  • this value could still be increased, but then fewer standard components could be used, which usually increases the investment costs, which has to be considered in an optimization task.
  • Fig. 2 is a H-S diagram of a process according to the invention.
  • FIG. 1 shows a reservoir 1 for cooling medium, here for liquid nitrogen, which is connected via a feed 2 to a first heat exchanger 3.
  • the feeder 2 continues after the heat exchanger 3 on to a relaxation device 4, here a turbine 4, and then into the space 5 for receiving the products to be cooled.
  • the cooling medium flows in this space over the products to be cooled (not shown) and absorbs from this heat, whereby their temperature is lowered.
  • the thus heated cooling medium which is called from here exhaust gas leaves part of an exhaust gas outlet 6, the space 5.
  • the exhaust gas flows to a removal point 7, which is connected to an exhaust pipe 8.
  • the exhaust pipe 8 brings the exhaust gas to the input side of a compressor 9, here a cycle compressor 9, in which the exhaust gas is compressed.
  • the outlet side of the compressor 9 is connected via a line 10 for compressed gas with the supply 2 for cooling medium in connection.
  • the line 10 opens at a so-called. Injection point 13 into the feed 2.
  • the injection point 13 is disposed upstream of the turbine 4.
  • Die Injetationsstelle 13 ist in die Zu Replacement 2 anmar.
  • a cooler 11 is arranged after the compressor 9 (downstream), in this example, an air cooler 11, followed by a second heat exchanger 12th
  • the method according to the invention is carried out in a device according to FIG. 1 as follows:
  • the liquid nitrogen is injected at an inlet pressure of e.g. 3.5 bar taken from the reservoir 1 and fed via the feed 2 to the first heat exchanger 3.
  • the nitrogen is heated to about 220 K and used the cooling capacity for the cooling of the products in space 5.
  • the nitrogen is adiabatically expanded from 3.5 bar to ambient pressure. As a result, the outlet temperature drops to about 160 K. This cold gas stream is fed to room 5 and there until it heats up
  • a partial flow of the exhaust gas is supplied to the discharge compressor 7 at a temperature of 223.15 K and a pressure of 1 bar via the exhaust pipe 8 to the cycle compressor 9 and compressed in this to a pressure of 3.5 bar.
  • the nitrogen has a Temmperatur of 360 K after this compression. It is then fed to an air cooler 11 and cooled there to 320 K. Thereafter, the nitrogen stream is fed to a second heat exchanger 12 and further cooled to 240 K.
  • This cold and at a pressure of 3.5 bar standing partial flow is at the injection site 13 fed into the feed 2 and supplied to the main flow of the coming out of the reservoir 1 nitrogen, namely upstream of the turbine 4, that is, in front of the turbine 4.
  • the nitrogen is expanded in the turbine 4, wherein the desired cold is formed.
  • the shaft power generated at the turbine 4 during the relaxation is used directly to drive the cycle compressor 9.
  • FIG. 2 shows an H-S diagram of the process according to the invention.
  • the enthalpy balance of the overall process results for the first partial process (simple passage of the cooling medium leaving the cooling tunnel at the exhaust gas outlet 6):

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen von Produkten mit einem Raum (5) zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte und einer Zuführung (2) für Kühlmedium, die mit einem Reservoir (1) für Kühlmedium in Verbindung steht und in die eine Entspannungseinrichtung (4) zwischengeschaltet ist, sowie einem Abgasaustritt (6) aus dem Raum (5), an dem das erwärmte Kühlmedium austritt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abgasaustritts (6) eine Entnahmestelle (7) für zumindest einen Teilstrom des Abgases vorgesehen ist, die mit einer Abgasleitung (8) verbunden ist, welche eine Verbindung zur Eingangsseite eines Verdichters (9) darstellt, dem der (Teil-)Strom des Abgases zugeführt wird, und dessen Austrittsseite über eine Leitung (10) für verdichtetes Gas mit der Zuführung (2) für Kühlmedium verbunden ist, und zwar an einer Injektionsstelle (13), die stromaufwärts der Entspannungseinrichtung (4) liegt. Desweiteren betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Abkühlen von Produkten.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Gefrieren von Produkten unter Nutzung von
Entspannungskälte
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abkühlen von Produkten mit einem Raum zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte und einer Zuführung für Kühlmedium, die mit einem Reservoir für Kühlmedium in Verbindung steht und in die eine Entspannungseinrichtung zwischengeschaltet ist, sowie einem Abgasaustritt aus dem Raum, an dem das erwärmte Kühlmedium austritt. Desweiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Abkühlen von Produkten in einer Vorrichtung, bei der die abzukühlenden Produkte in einen Raum eingebracht werden und ein Kühlmedium aus einem Reservoir für Kühlmedium entnommen wird und über eine Zuführung für Kühlmedium dem Raum zugeführt wird, wobei das Kühlmedium auf diesem Weg eine Entspannungseinrichtung passiert, in der es entspannt wird, und das Kühlmedium in dem Raum Wärme von den abzukühlenden Produkten aufnimmt und erwärmt aus dem Raum an einem Abgasaustritt als Abgas abgeführt wird.
Zum Abkühlen von Produkten sind eine Reihe von Vorrichtungen und Verfahren bekannt, wobei hier unter Abkühlen sowohl Kühlen wie auch Gefrieren und Tiefgefrieren verstanden werden soll. Als Stand der Technik kann man beispielsweise Kühltunnel, Spiralfroster, aber auch Frostschränke anführen, bei denen jeweils Produkte durch den Kontakt mit tiefkalten Gasen abgekühlt werden. Häufig werden dazu cryogene Gase im flüssigen und/oder gasförmigen Zustand eingesetzt. Sehr bekannt ist der Einsatz von flüssigem Stickstoff oder flüssigem Kohlendioxid.
Herkömmlich wird z. B. der flüssige Stickstoff durch einen Wärmetauscher geleitet und durch ein Drosselventil als Entspannungseinrichtung entspannt, um danach in einen Kühltunnel eingeleitet zu werden. Dort nimmt das entspannte Gas Wärme von den abzukühlenden Produkten auf. Das dadurch erwärmte Gas verlässt als Abgas den Kühltunnel.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Energieausbeute des Kühlmediums aufweist. Vorrichtungsseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass im Bereich des Abgasaustritts eine Entnahmestelle für zumindest einen Teilstrom des Abgases vorgesehen ist, die mit einer Abgasleitung verbunden ist, welche eine Verbindung zur Eingangsseite eines Verdichters darstellt, dem der (Teil-)Strom des Abgases zugeführt wird, und dessen Austrittsseite über eine Leitung für verdichtetes Gas mit der Zuführung für Kühlmedium verbunden ist, und zwar an einer Injektionsstelle, die stromaufwärts der Entspannungseinrichtung liegt. Weitere Erläuterungen, von denen auch das Verständnis der Vorrichtung profitiert, werden im Folgenden bei der Beschreibung der verfahrensseitigen Lösung der Aufgabe angegeben.
Zweckmäßigerweise ist der Zuführung stromaufwärts der Injektionsstelle ein erster Wärmetauscher zwischengeschaltet, in dem das Kühlmedium Wärme aus dem Raum zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte aufnimmt.
Bevorzugt ist dem Verdichter ein Kühler, insbesondere ein Luftkühler, nachgeschaltet, der den (Teil-)Strom des Abgases abkühlt.
Besonders bevorzugt ist dem Verdichter, und gegebenenfalls auch dem Kühler, ein zweiter Wärmetauscher nachgeschaltet, in dem der (Teil-)Strom des Abgases weiter abgekühlt wird.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Verdichter ein Kreislaufverdichter vorgesehen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist als Entspannungseinrichtung eine Turbine vorgesehen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zum Abgreifen der Wellenleistung der Enstpannungseinrichung eine Einrichtung vorgesehen ist, die mit dem Antrieb des Verdichters in Wirkverbindung steht, wodurch der Verdichter angetrieben werden kann und so eine besonders energieeffiziente Ausgestaltung erreicht wird. Zweckmäßigerweise ist eine Turbine vorgesehen, die für eine adiabatische Entspannung geeignet ausgelegt ist.
Vorteilhafterweise ist eine Transporteinrichtung vorgesehen, durch die die abzukühlenden Produkte durch den Raum zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte transportiert werden. Dies ist z.B. für ein Kühltunnel oder einen Spiralfroster eine bekannte Ausgestaltung. Die Produkte werden in diesem Fall von einer Aufgabeseite zu einer Ausgabeseite der Kühleinrichtung transportiert und dabei während der Bewegung auf die gewünschte tiefe Temperatur gebracht.
Verfahrensseitig wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass über eine
Entnahmestelle im Bereich des Abgasaustritts zumindest ein Teilstrom des Abgases abgezweigt wird und über eine Abgasleitung der Eingangsseite eines Verdichters zugeführt wird, in dem der (Teil-)Strom des Abgases verdichtet wird und dann von der Austrittsseite des Verdichters über eine Leitung für verdichtetets Gas der Zuführung für Kühlmedium an einer Injektionsstelle zugeführt wird, die stromaufwärts der Entspannungseinrichtung liegt und von der aus das verdichtete Abgas der Entspannungseinrichtung zugeführt wird, in dieser adiabatisch entspannt wird und dem Raum zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte zugeführt wird.
Das Kühlmedium, das unter einem ersten höheren Druck (z.B. 3,5 bar) aus dem Reservoir für Kühlmedium entnommen wird, wird der z.B. einer Turbine als Entspannungseinrichtung zugeführt und dort adiabatisch auf Umgebungsdruck entspannt. Die Temperatur des Kühlmediums sinkt dadurch. Der so entstandene kalte Gasstrom wird in den Raum zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte, z.B. dem Inneren eines cryogenen Kühltunnels, zugeführt und dort zur Abkühlung der Produkte genutzt.
Desweiteren wird das erwärmt Gas aus dem Raum an einem Abgasaustritt als Abgas abgeführt, wobei zumindest ein Teilstrom des Abgases von z.B. 1 bar auf z.B. 3,5 bar in dem Verdichter verdichtet wird. Dadurch erwärmt sich das Abgas. Bei der nachfolgenden adiabatischen Entspannung entsteht Kälte, die zusätzlich für die Abkühlung der abzukühlenden Produkte zur Verfügung steht.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindnung wird das Kühlmedium durch einen in der Zuführung stromaufwärts der Injektionsstelle zwischengeschalteten ersten Wärmetauscher geleitet und nimmt dabei Wärme aus dem Raum zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte auf. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird das Abgas, nachdem es den Verdichter passiert hat, einem Kühler zugeführt und dort abgekühlt. Besonders bevorzugt wird hierzu ein Luftkühler eingesetzt.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Abgas nachdem es den Verdichter, und gegebenenfalls den Kühler passiert hat, einem zweiten Wärmetauscher zugeführt wird, in dem es abgekühlt wird. Dadurch kann ein besonders kalter und unter hohem Druck stehender (Teil-)Strom an der Injektionsstelle vor der Turbine dem Hauptstrom des Kühlmediums zugeführt und in der Turbine expandiert werden, wodurch eine besonders hohe zusätzliche Kälteleistung für den Abkühlprozess zur Verfügung steht.
Gemäße einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung wird eine Einrichtung zum Abgreifen der Wellenleistung der Entspannungseinrichtung eingesetzt, die zumindest einen Teil der Wellenleistung auf den Antrieb des Verdichters überträgt und damit den Verdichter antreibt. Diese Ausführungsform ist besonders energieeffizient und damit besonders vorteilhaft.
Mit besonderem Vorteil wird das Kühlmedium und/oder das Abgas in der Entspannungseinrichtung adiabatisch entspannt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die abzukühlenden Produkte durch den Raum zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte bewegt. Damit wird ein vorteilhafter Durchsatz von Produkten und eine automatische Beschickung der Vorrichtung ermöglicht.
Bevorzugt wird als Kühlmedium ein cryogenes Gas, insbesondere ein inertes cryogenes Gas eingesetzt. Als Beispiele sind hier flüssiger Stickstoff und/oder flüssiges Kohlendioxid und/oder flüssige Edelgase zu nennen.
Die vorliegende Erfindung ist besonders interessant für sensible abzukühlende Produkte wie beispielsweise Lebensmittel oder Pharmazeutika. Die Erfindung weist eine ganze Reihe weitere Vorteile auf: Es sind keine teuren und aufwändigen Umbauten an bestehenden Anlagen erforderlich. Die erfindungsgemäßen zusätzlichen Anlagenteile können aufgrund ihrer kompakten Bauweise problemlos in eine bestehende Anlage nach dem Stand der Technik integriert werden. Die zusätzlich erforderlichen Teile können als
Standardkomponenten ausgeführt sein, die kostengünstig und einfach zu beschaffen sind. Speziell die Stickstoff-Luftkühler stehen im Bereich der Automobilindustrie bereits zur Verfügung.
Ein bei den Lösungen nach dem Stand der Technik erforderliches Kaltventil
(Drosselventil für das zugeführte Kühlmedium) ist nach der Erfindung nicht mehr erforderlich. Somit kann auf eine teure und tendenziell störungsanfällige Anlagenkomponente verzichtet werden.
Bestehende Anlagen können mit der Erfindung aufgerüstet und umgebaut werden. Die bereits vorhandenen Anlagenteile können dabei größtenteils wiederverwendet werden.
Durch die Erfindung erhöht sich die Kälteleistung deutlich, beispielsweise für einen mit flüssigem Stickstoff betriebene Kühltunnel um ca. 34%. Durch Erhöhung der verwendeten Drücke könnte dieser Wert noch erhöht werden, allerdings könnten dann weniger Standardkomponenten zum Einsatz kommen, wodurch die Investitionskosten in der Regel ansteigen, was bei einer Optimierungsaufgabe zu berücksichtigen ist.
Gegenüber herkömmlichen Verfahren ist mit der Erfindung eine zusätzliche Energieausbeute möglich.
Die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im Einzelnen zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 ein H-S-Diagramm eines erfindungsgemäßen Prozesses.
Die Figur 1 zeigt ein Reservoir 1 für Kühlmedium, hier für flüssigen Stickstoff, das über eine Zuführung 2 mit einem ersten Wärmetauscher 3 verbunden ist. Die Zuführung 2 läuft nach dem Wärmetauscher 3 weiter zu einer Entspannungseinrichtung 4, hier einer Turbine 4, und danach in den Raum 5 zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte. Das Kühlmedium strömt in diesem Raum über die abzukühlenden Produkte (nicht dargestellt) und nimmt von diesen Wärme auf, wodurch deren Temperatur erniedrigt wird. Das dadurch erwärmte Kühlmedium, das ab hier Abgas genannt wird, verlässt zum Teil an einem Abgasaustritt 6 den Raum 5. Zu einem anderen Teil strömt das Abgas zu einer Entnahmestelle 7, die mit einer Abgasleitung 8 verbunden ist. Die Abgasleitung 8 bringt das Abgas zur Eingansseite eines Verdichters 9, hier einem Kreislaufverdichter 9, in dem das Abgas verdichtete wird. Die Austrittsseite des Verdichters 9 steht über eine Leitung 10 für verdichtetes Gas mit der Zuführung 2 für Kühlmedium in Verbindung. Die Leitung 10 mündet an einer sog. Injektionsstelle 13 in die Zuführung 2. Die Injektionsstelle 13 ist stromaufwärts der Turbine 4 angeordnet. In die Leitung 10 ist nach dem Verdichter 9 (stromabwärts) ein Kühler 11 angeordnet, in diesem Beispiel ein Luftkühler 11 , gefolgt von einem zweiten Wärmetauscher 12.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Vorrichtung gemäß der Figur 1 wie folgt durchgeführt:
Der flüssige Stickstoff wird mit einem Eingangsdruck von z.B. 3,5 bar aus dem Reservoir 1 entnommen und über die Zuführung 2 dem ersten Wärmetauscher 3 zugeführt. Im Wärmetauscher 3 wird der Stickstoff auf ca. 220 K erwärmt und die Kälteleistung für die Abkühlung der Produkte im Raum 5 genutzt. In der nachgeschalteten Turbine 4 wird der Stickstoff von 3,5 bar auf Umgebungsdruck adiabatisch entspannt. Die Ausgangstemperatur sinkt dadurch auf ca. 160 K. Dieser kalte Gasstrom wird dem Raum 5 zugeführt und dort bis zu einer Erwärmung auf
223,15 K zur Produktkühlung genutzt. Dies ist auch die Temperatur, die das erwärmte Gas (Abgas) am Abgasaustritt 6 und an der Entnahmestelle 7 aufweist.
Ein Teilstrom des Abgases wird an der Entnahmestelle 7 mit einer Temperatur von 223,15 K und einem Druck von 1 bar über die Abgasleitung 8 dem Kreislaufverdichter 9 zugeführt und in diesem auf einen Druck von 3,5 bar verdichtet. Der Stickstoff weist nach dieser Verdichtung eine Temmperatur von 360 K auf. Er wird im Anschluß einem Luftkühler 11 zugeführt und dort auf 320 K abgekühlt. Danach wird der Stickstoffstrom einem zweiten Wärmetauscher 12 zugeführt und weiter auf 240 K abgekühlt. Dieser kalte und unter einem Druck von 3,5 bar stehende Teilstrom wird an der Injektionsstelle 13 in die Zuführung 2 eingespeist und dem Hauptstrom des aus dem Reservoir 1 kommenden Stickstoffs zugeführt, und zwar stromaufwärts der Turbine 4, also vor der Turbine 4. Der Stickstoff wird in der Turbine 4 expandiert, wobei die gewünschte Kälte entsteht.
Die an der Turbine 4 bei der Entspannung entstehende Wellenleistung wird direkt zum Antrieb des Kreislaufverdichters 9 eingesetzt.
Die Figur 2 zeigt ein H-S-Diagramm des erfindungsgemäßen Prozesses. Die Enthalpiebilanz des Gesamtprozesses ergibt für den ersten Teilprozess (einfacher Durchgang des Kühlmediums, das am Abgasaustritt 6 den Kühltunnel verlässt):
Δh1 : -95 ... 225 kJ/K = 320 kJ/kg Δh2: 160 ... 225 kJ/K = 65 kJ/kg
Für den zweiten Teilprozess (Anteil des an der Entnahmestelle 7 abgezweigten Teilstroms des Kühlmediums) ergibt sich:
0,65 des Gesamtstroms bezogen auf Δh = 65 kJ/Kg * 0,65 = 42,25 kJ/kg
In der Summe ergibt sich somit ein Δh(gesamt) = 427,25 kJ/kg für dieses Beispiel. Eine herkömmliche Anlage weist demgegenüber lediglich ein Δh(gesamt) = 320 kJ/kg auf.
Die in der Figur 2 eingezeichneten Punkte 1,2 und 3 umreißen dabei den ersten Teilprozess und die römischen Ziffern kennzeichnen den zweiten Teilprozess.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Abkühlen von Produkten mit einem Raum (5) zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte und einer Zuführung (2) für Kühlmedium, die mit einem Reservoir (1) für Kühlmedium in Verbindung steht und in die eine Entspannungseinrichtung (4) zwischengeschaltet ist, sowie einem Abgasaustritt
(6) aus dem Raum (5), an dem das erwärmte Kühlmedium austritt, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Abgasaustritts (6) eine Entnahmestelle
(7) für zumindest einen Teilstrom des Abgases vorgesehen ist, die mit einer Abgasleitung (8) verbunden ist, welche eine Verbindung zur Eingangsseite eines Verdichters (9) darstellt, dem der (Teil-)Strom des Abgases zugeführt wird, und dessen Austrittsseite über eine Leitung (10) für verdichtetes Gas mit der Zuführung (2) für Kühlmedium verbunden ist, und zwar an einer Injektionsstelle (13), die stromaufwärts der Entspannungseinrichtung (4) liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführung (2) stromaufwärts der Injektionsstelle (13) ein erster Wärmetauscher (3) zwischengeschaltet ist, in dem das Kühlmedium Wärme aus dem Raum (5) zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte aufnimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem
Verdichter (9) ein Kühler (11), insbesondere ein Luftkühler (11), nachgeschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdichter (9), und gegebenenfalls auch dem Kühler (11), ein zweiter
Wärmetauscher (12) nachgeschaltet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdichter (9) ein Kreislaufverdichter (9) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Entspannungseinrichtung (4) eine Turbine (4) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abgreifen der Wellenleistung der Enstpannungseinrichung (4) eine Einrichtung vorgesehen ist, die mit dem Antrieb des Verdichters (9) in Wirkverbindung steht.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (4) für eine adiabatische Entspannung geeignet ausgelegt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Transporteinrichtung vorgesehen ist, durch die die abzukühlenden Produkte durch den Raum (5) zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte transportiert werden.
10. Verfahren zum Abkühlen von Produkten in einer Vorrichtung, bei der die abzukühlenden Produkte in einen Raum (5) eingebracht werden und ein Kühlmedium aus einem Reservoir (1) für Kühlmedium entnommen wird und über eine Zuführung (2) für Kühlmedium dem Raum (5) zugeführt wird, wobei das Kühlmedium auf diesem Weg eine Entspannungseinrichtung (4) passiert, in der es entspannt wird, und das Kühlmedium in dem Raum (5) Wärme von den abzukühlenden Produkten aufnimmt und erwärmt aus dem Raum (5) an einem Abgasaustritt (6) als Abgas abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Entnahmestelle (7) im Bereich des Abgasaustritts (8) zumindest ein Teilstrom des Abgases abgezweigt wird und über eine Abgasleitung (8) der Eingangsseite eines Verdichters (9) zugeführt wird, in dem der (Teil-)Strom des
Abgases verdichtet wird und dann von der Austrittsseite des Verdichters (9) über eine Leitung (10) für verdichtetets Gas der Zuführung (2) für Kühlmedium an einer Injektionsstelle (13) zugeführt wird, die stromaufwärts der Entspannungseinrichtung (4) liegt und von der aus das verdichtete Abgas der Entspannungseinrichtung (4) zugeführt wird, in dieser adiabatisch entspannt wird und dem Raum (5) zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch einen in der Zuführung (2) stromaufwärts der Injektionsstelle (13) zwischengeschalteten ersten Wärmetauscher (3) geleitet wird und dabei Wärme aus dem Raum (5) zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte aufnimmt.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas, nachdem es den Verdichter (9) passiert hat, einem Kühler (11) zugeführt und dort abgekühlt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas nachdem es den Verdichter (9), und gegebenenfalls den Kühler (11) passiert hat, einem zweiten Wärmetauscher (12) zugeführt wird, in dem es abgekühlt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Abgreifen der Wellenleistung der Entspannungseinrichtung (4) eingesetzt wird, die zumindest einen Teil der Wellenleistung auf den Antrieb des Verdichters (9) überträgt und damit den Verdichter (9) antreibt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium und/oder das Abgas in der Entspannungseinrichtung (4) adiabatisch entspannt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die abzukühlenden Produkte durch den Raum (5) zur Aufnahme der abzukühlenden Produkte bewegt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium ein cryogenes Gas, insbesondere ein inertes cryogenes Gas eingesetzt wird.
PCT/EP2007/000340 2006-02-10 2007-01-16 Vorrichtung und verfahren zum gefrieren von produkten unter nutzung von entspannungskälte WO2007090505A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006006280.9 2006-02-10
DE200610006280 DE102006006280A1 (de) 2006-02-10 2006-02-10 Vorrichtung und Verfahren zum Gefrieren von Produkten unter Nutzung von Entspannungskälte

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007090505A1 true WO2007090505A1 (de) 2007-08-16

Family

ID=38265966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/000340 WO2007090505A1 (de) 2006-02-10 2007-01-16 Vorrichtung und verfahren zum gefrieren von produkten unter nutzung von entspannungskälte

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006006280A1 (de)
WO (1) WO2007090505A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011008278A1 (de) * 2011-01-11 2012-07-12 Thilo Rießner Verfahren und Vorrichtung zur Gebäudeklimatisierung

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1933257A (en) * 1931-07-16 1933-10-31 American Dryice Corp Method and apparatus for speed freezing
US2633716A (en) * 1947-02-10 1953-04-07 Barris Pierre Guillaume Manuel Apparatus for obtaining masses of thermal energy
FR1393378A (fr) * 1964-01-24 1965-03-26 Minikay A G Chambres froides d'emmagasinage calorifugées ou enceintes analogues
US3461680A (en) * 1966-05-04 1969-08-19 Messer Griesheim Gmbh Method and apparatus for refrigerating foodstuffs
FR2200057A1 (en) * 1972-09-19 1974-04-19 Linde Ag Cold crushing scrap - with evaporated coolant recycling
US4072026A (en) * 1975-12-10 1978-02-07 Linde Aktiengesellschaft Method of cooling of articles and materials
JPH08254368A (ja) * 1995-03-16 1996-10-01 Nippon Sanso Kk 低温破砕装置における被破砕物の冷却方法及び装置
US5638697A (en) * 1995-11-24 1997-06-17 Reznikov; Lev Method of and apparatus for cooling food products
EP1069386A1 (de) * 1999-07-15 2001-01-17 Air Products And Chemicals, Inc. Verfahren und Vorrichtung zum Gefrieren von Produkten
EP1612495A1 (de) * 2004-07-01 2006-01-04 Messer Group GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Produktkühlung
JP2006177644A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Kobe Steel Ltd 冷凍装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1933257A (en) * 1931-07-16 1933-10-31 American Dryice Corp Method and apparatus for speed freezing
US2633716A (en) * 1947-02-10 1953-04-07 Barris Pierre Guillaume Manuel Apparatus for obtaining masses of thermal energy
FR1393378A (fr) * 1964-01-24 1965-03-26 Minikay A G Chambres froides d'emmagasinage calorifugées ou enceintes analogues
US3461680A (en) * 1966-05-04 1969-08-19 Messer Griesheim Gmbh Method and apparatus for refrigerating foodstuffs
FR2200057A1 (en) * 1972-09-19 1974-04-19 Linde Ag Cold crushing scrap - with evaporated coolant recycling
US4072026A (en) * 1975-12-10 1978-02-07 Linde Aktiengesellschaft Method of cooling of articles and materials
JPH08254368A (ja) * 1995-03-16 1996-10-01 Nippon Sanso Kk 低温破砕装置における被破砕物の冷却方法及び装置
US5638697A (en) * 1995-11-24 1997-06-17 Reznikov; Lev Method of and apparatus for cooling food products
EP1069386A1 (de) * 1999-07-15 2001-01-17 Air Products And Chemicals, Inc. Verfahren und Vorrichtung zum Gefrieren von Produkten
EP1612495A1 (de) * 2004-07-01 2006-01-04 Messer Group GmbH Verfahren und Vorrichtung zur Produktkühlung
JP2006177644A (ja) * 2004-12-24 2006-07-06 Kobe Steel Ltd 冷凍装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102006006280A1 (de) 2007-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69937127T2 (de) Station und Verfahren zur Verteilung von Gas
DE60022440T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Gefrieren von Produkten
EP1719650A1 (de) Vorrichtung zur Luftkonditionierung für ein Kraftfahrzeug
EP0553706A1 (de) Vorrichtung zum Kühltrocknen von Gasen
WO2006045712A1 (de) Vorrichtung zur erzeugung von hochkomprimiertem gas
EP2667116A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen
EP1612495B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Produktkühlung
DE69400794T2 (de) Gaskompressionsverfahren und Vorrichtung
EP1892457B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Brenngas, insbesondere von Erdgas
DE102008007923A1 (de) Verfahren zum Kühlen eines Speicherbehälters
EP0795727A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verflüssigung eines tiefsiedenden Gases
DE1501101B2 (de) Vorrichtung zum Erzeugen von Kälte und/oder zum Verflüssigen von Gasen
WO2007090505A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum gefrieren von produkten unter nutzung von entspannungskälte
DE19708428A1 (de) Kälteanlage
DE3113093A1 (de) "kuehlverfahren zur rueckgewinnung oder fraktionierung eines hauptsaechlich aus butan und propan bestehenden, in erdgas enthaltenden gemisches"
DE550686C (de) Verfahren zum Zerlegen von Gasgemischen unter Abscheidung der leicht kondensierbarenBestandteile in fluessiger oder fester Form
EP3945274A1 (de) Verfahren zur verflüssigung von wasserstoff
DE3150624A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum auftrennen eines rohgasgemisches
DE102010012778A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen kalter gasförmiger oder flüssiger Luft
EP3795885A1 (de) Gasentspannungsanlage mit lng-erzeugungsanlage
EP3710134B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur reinigung oder zerlegung und kühlung eines gasgemischs
DE102011088986A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Verarbeiten eines Gemisches aus Gas, Öl und Wasser
EP3450819A1 (de) Verfahren zum befüllen eines mobilen kältemitteltanks mit einem kryogenen kältemittel
DE4415326C1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Gasen und Gasgemischen mit CO¶2¶
DE102010055448A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07702797

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1